disclaimers-space.snu.ac.kr/bitstream/10371/124269/1/000000021934.pdf · 2019-11-14 · nm에서의...
TRANSCRIPT
저 시-비 리- 경 지 20 한민
는 아래 조건 르는 경 에 한하여 게
l 저 물 복제 포 전송 전시 공연 송할 수 습니다
다 과 같 조건 라야 합니다
l 하는 저 물 나 포 경 저 물에 적 된 허락조건 명확하게 나타내어야 합니다
l 저 터 허가를 면 러한 조건들 적 되지 않습니다
저 에 른 리는 내 에 하여 향 지 않습니다
것 허락규약(Legal Code) 해하 쉽게 약한 것 니다
Disclaimer
저 시 하는 원저 를 시하여야 합니다
비 리 하는 저 물 리 목적 할 수 없습니다
경 지 하는 저 물 개 형 또는 가공할 수 없습니다
공 사 논
Sub-micron ozone bubble 에
용존 존농도 산 효 분
Analysis of Dissolved Ozone Concentration and
Oxidation Efficiency by Sub-micron Ozone Bubble
2014 8 월
울 원
건 경공 부
승
Sub-micron ozone bubble 에
용존 존농도 산 효 분
Analysis of Dissolved Ozone Concentration and
Oxidation Efficiency by Sub-micron Ozone Bubble
지도
이 논 공 사 논 출함
2014 8월
울 원
건 경공 부
승
승 사 논 인 함
2014 8월
원 장 재 (인)
부 원 장 (인)
원 남 경 (인)
- I -
국
존 높 산 인 여 폐 처리 토양 척 살균 등 다양
분야 처리 공 에 용 고 있다 재 사용 인 산 식
존 주입 법 존 달 효 이 낮 며 존 처리 등 를 가
지고 있다 이러 상황에 마이크 버 이용 법 존 산
식에 해 포 크 가 작 에 존 달 효 이 좋 것
생각 어 새 운 존 주입 식 주목 고 있다 근 마이크 버
보다 크 가 작 마이크 버 에 연구가 진행 고 있다
그러나 마이크 버 존 포를 주입 는 법에 연구는
재 다 지지 고 있다
라 본 연구에 는 마이크 버 에 존 주입에
연구 존 포 크 (2 mm 57 μm 960 nm) 존 에 향
미 다고 진 pH(5 7 9)를 변 시키며 존 주입 여 존
용해 효 과 존에 산 효 분 해보 다
1 pH를 5 7 9 조 증 에 다른 포 크 존 20분
간 주입 후 40분 간 시키며 용존 존농도를 결과 pH 5
7 9 존 주입 에는 용존 존농도가 르고 높게
라갔 며 에는 용존 존농도가 천천히 낮 다 이 경향
모든 포 크 에 동일 게 나타났다 포 크 를 변 시키며 용존
존농도를 결과 포 크 가 작 용존 존농도가 높
게 라갔 며 래 지속 었다 이는 포 크 가 작 질
달 효 이 높 인 것 단 다
- II -
2 증 에 체 를 후 pH를 조 후 가지 포크
존 주입 여 각각 상황에 COD 거효 분 다 그 결과
pH 5 매크 버 일 거 09 가장 낮 고 pH 9 마이
크 버 일 거 이 362 가장 높 다 pH가 높 포
크 가 작 처리효 이 좋 경향 보 다 이는 pH가 높
존 분해가 진 어 OH Radical이 많이 생 고 포 크 가 작
질 달 효 이 높 이 진 인 것 단 다
3 COD 거효 과 슷 법 증 에 잉크를 후 450
nm에 도를 분 여 색도 거효 분 다 그 결과 pH
5 매크 버 일 도 감소 이 5 가장 낮 고 pH 9 마
이크 버 일 도 감소 이 94 가장 높 다 이 결과는 COD
거 실험과 슷 양상 보 다 특히 pH가 5일 경우 거효 이
pH 7 9 일 에 여 크게 떨어 는데 이는 용존 존농도에 pH
에 라 큰 차이를 보인 결과 슷 다
본 연구에 는 다양 크 존 포에 질 달 특 산
효 에 분 며 이 결과는 존 산 공
는데 자료 용 있 것 다
주요어 존 존 산 마이크 버 Sub-micron bubble 존
질 달 미 포
번 2012-23251
- III -
목 차
1 1
11 연구 경 1
12 연구 목 2
2 헌고찰 이 경 3
21 존 특 3
21 존 처리 공 9
221 존처리효과 10
222 고도산 공 11
223 존산 원리 14
23 미 포 생장 원리 15
231 포 크 15
232 포 크 어 법 16
233 포 크 법 18
3 실험 장 법 20
31 존 생장 20
32 포 생장 23
33 실험 조건 25
34 법 27
- IV -
341 포 크 27
342 포 크 결과 30
343 용존 존농도 32
344 색도 33
4 실험결과 고찰 34
41 용존 존농도 분 34
411 pH에 른 용존 존농도 34
412 존 포 크 에 른 용존 존농도 37
42 존 포 산 효 40
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효 40
4211 pH에 른 COD 거 효 40
4212 포 크 에 른 COD 거 효 43
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효 46
4221 pH에 른 색도 거 효 46
4222 포 크 에 른 색도 거 효 50
4223 공 포 존 포 53
5 결 54
6 참고 헌 56
- V -
목 차
Table 21 Properties of ozone 6
Table 22 Specifications of Online Particle Counter 19
Table 31 Specifications of ozone generator 22
Table 32 Experiment apparatus 24
Table 33 Specifications of bubble generations 24
Table 34 Experiment sets 26
Table 35 Specification of Confocal microscope 29
Table 36 Pictures of various size bubbles 29
Table 37 Size distribution of microbubble 29
- VI -
그 림 목 차
Figure 21 Structure of ozone molecular 4
Figure 22 Resonance structure of ozone 4
Figure 23 Decomposition of ozone 6
Figure 24 Reaction scheme of ozone self-decomposition 7
Figure 25 Reaction equations in ozone self-decomposition and
their reaction rate constants 8
Figure 26 Collision efficiency(αbp) between bubble and particle
depending on bubble size 15
Figure 27 Research trend of bubble size 16
Figure 28 Average bubble sizes depending on the pressure in
bubble generating system of DAF 17
Figure 29 Photograph of Online Particle Counter (left) and the
details of the sensor (right) 19
Figure 31 Ozone generator 22
Figure 32 Schematic diagram of experiment 23
Figure 33 Schematic diagram of the particle counter method 28
Figure 34 Image analysis of sub-micron bubble diameter 31
Figure 41 Dissolved Ozone by Macrobubble 35
Figure 42 Dissolved Ozone by Microbubble 36
Figure 43 Dissolved Ozone by Sub-micron bubble 36
Figure 44 Dissolved Ozone by bubble size (pH 5) 37
Figure 45 Dissolved Ozone by bubble size (pH 7) 38
Figure 46 Dissolved Ozone by bubble size (pH 9) 38
- VII -
Figure 47 COD Removal efficiency by macrobubble 40
Figure 48 COD Removal efficiency by microbubble 41
Figure 49 COD Removal efficiency by sub-micron bubble 41
Figure 410 COD Removal efficiency at pH 5 43
Figure 411 COD Removal efficiency at pH 7 44
Figure 412 COD Removal efficiency at pH 9 44
Figure 413 Decrease of absorbance by macrobubble 46
Figure 414 Decrease of absorbance by microbubble 47
Figure 415 Decrease of absorbance by sub-micron bubble 47
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble) 49
Figure 417 Decrease of absorbance at pH 5 50
Figure 418 Decrease of absorbance at pH 7 51
Figure 419 Decrease of absorbance at pH 9 51
Figure 419 Decrease of absorbance by air and ozone bubble 53
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
공 사 논
Sub-micron ozone bubble 에
용존 존농도 산 효 분
Analysis of Dissolved Ozone Concentration and
Oxidation Efficiency by Sub-micron Ozone Bubble
2014 8 월
울 원
건 경공 부
승
Sub-micron ozone bubble 에
용존 존농도 산 효 분
Analysis of Dissolved Ozone Concentration and
Oxidation Efficiency by Sub-micron Ozone Bubble
지도
이 논 공 사 논 출함
2014 8월
울 원
건 경공 부
승
승 사 논 인 함
2014 8월
원 장 재 (인)
부 원 장 (인)
원 남 경 (인)
- I -
국
존 높 산 인 여 폐 처리 토양 척 살균 등 다양
분야 처리 공 에 용 고 있다 재 사용 인 산 식
존 주입 법 존 달 효 이 낮 며 존 처리 등 를 가
지고 있다 이러 상황에 마이크 버 이용 법 존 산
식에 해 포 크 가 작 에 존 달 효 이 좋 것
생각 어 새 운 존 주입 식 주목 고 있다 근 마이크 버
보다 크 가 작 마이크 버 에 연구가 진행 고 있다
그러나 마이크 버 존 포를 주입 는 법에 연구는
재 다 지지 고 있다
라 본 연구에 는 마이크 버 에 존 주입에
연구 존 포 크 (2 mm 57 μm 960 nm) 존 에 향
미 다고 진 pH(5 7 9)를 변 시키며 존 주입 여 존
용해 효 과 존에 산 효 분 해보 다
1 pH를 5 7 9 조 증 에 다른 포 크 존 20분
간 주입 후 40분 간 시키며 용존 존농도를 결과 pH 5
7 9 존 주입 에는 용존 존농도가 르고 높게
라갔 며 에는 용존 존농도가 천천히 낮 다 이 경향
모든 포 크 에 동일 게 나타났다 포 크 를 변 시키며 용존
존농도를 결과 포 크 가 작 용존 존농도가 높
게 라갔 며 래 지속 었다 이는 포 크 가 작 질
달 효 이 높 인 것 단 다
- II -
2 증 에 체 를 후 pH를 조 후 가지 포크
존 주입 여 각각 상황에 COD 거효 분 다 그 결과
pH 5 매크 버 일 거 09 가장 낮 고 pH 9 마이
크 버 일 거 이 362 가장 높 다 pH가 높 포
크 가 작 처리효 이 좋 경향 보 다 이는 pH가 높
존 분해가 진 어 OH Radical이 많이 생 고 포 크 가 작
질 달 효 이 높 이 진 인 것 단 다
3 COD 거효 과 슷 법 증 에 잉크를 후 450
nm에 도를 분 여 색도 거효 분 다 그 결과 pH
5 매크 버 일 도 감소 이 5 가장 낮 고 pH 9 마
이크 버 일 도 감소 이 94 가장 높 다 이 결과는 COD
거 실험과 슷 양상 보 다 특히 pH가 5일 경우 거효 이
pH 7 9 일 에 여 크게 떨어 는데 이는 용존 존농도에 pH
에 라 큰 차이를 보인 결과 슷 다
본 연구에 는 다양 크 존 포에 질 달 특 산
효 에 분 며 이 결과는 존 산 공
는데 자료 용 있 것 다
주요어 존 존 산 마이크 버 Sub-micron bubble 존
질 달 미 포
번 2012-23251
- III -
목 차
1 1
11 연구 경 1
12 연구 목 2
2 헌고찰 이 경 3
21 존 특 3
21 존 처리 공 9
221 존처리효과 10
222 고도산 공 11
223 존산 원리 14
23 미 포 생장 원리 15
231 포 크 15
232 포 크 어 법 16
233 포 크 법 18
3 실험 장 법 20
31 존 생장 20
32 포 생장 23
33 실험 조건 25
34 법 27
- IV -
341 포 크 27
342 포 크 결과 30
343 용존 존농도 32
344 색도 33
4 실험결과 고찰 34
41 용존 존농도 분 34
411 pH에 른 용존 존농도 34
412 존 포 크 에 른 용존 존농도 37
42 존 포 산 효 40
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효 40
4211 pH에 른 COD 거 효 40
4212 포 크 에 른 COD 거 효 43
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효 46
4221 pH에 른 색도 거 효 46
4222 포 크 에 른 색도 거 효 50
4223 공 포 존 포 53
5 결 54
6 참고 헌 56
- V -
목 차
Table 21 Properties of ozone 6
Table 22 Specifications of Online Particle Counter 19
Table 31 Specifications of ozone generator 22
Table 32 Experiment apparatus 24
Table 33 Specifications of bubble generations 24
Table 34 Experiment sets 26
Table 35 Specification of Confocal microscope 29
Table 36 Pictures of various size bubbles 29
Table 37 Size distribution of microbubble 29
- VI -
그 림 목 차
Figure 21 Structure of ozone molecular 4
Figure 22 Resonance structure of ozone 4
Figure 23 Decomposition of ozone 6
Figure 24 Reaction scheme of ozone self-decomposition 7
Figure 25 Reaction equations in ozone self-decomposition and
their reaction rate constants 8
Figure 26 Collision efficiency(αbp) between bubble and particle
depending on bubble size 15
Figure 27 Research trend of bubble size 16
Figure 28 Average bubble sizes depending on the pressure in
bubble generating system of DAF 17
Figure 29 Photograph of Online Particle Counter (left) and the
details of the sensor (right) 19
Figure 31 Ozone generator 22
Figure 32 Schematic diagram of experiment 23
Figure 33 Schematic diagram of the particle counter method 28
Figure 34 Image analysis of sub-micron bubble diameter 31
Figure 41 Dissolved Ozone by Macrobubble 35
Figure 42 Dissolved Ozone by Microbubble 36
Figure 43 Dissolved Ozone by Sub-micron bubble 36
Figure 44 Dissolved Ozone by bubble size (pH 5) 37
Figure 45 Dissolved Ozone by bubble size (pH 7) 38
Figure 46 Dissolved Ozone by bubble size (pH 9) 38
- VII -
Figure 47 COD Removal efficiency by macrobubble 40
Figure 48 COD Removal efficiency by microbubble 41
Figure 49 COD Removal efficiency by sub-micron bubble 41
Figure 410 COD Removal efficiency at pH 5 43
Figure 411 COD Removal efficiency at pH 7 44
Figure 412 COD Removal efficiency at pH 9 44
Figure 413 Decrease of absorbance by macrobubble 46
Figure 414 Decrease of absorbance by microbubble 47
Figure 415 Decrease of absorbance by sub-micron bubble 47
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble) 49
Figure 417 Decrease of absorbance at pH 5 50
Figure 418 Decrease of absorbance at pH 7 51
Figure 419 Decrease of absorbance at pH 9 51
Figure 419 Decrease of absorbance by air and ozone bubble 53
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
Sub-micron ozone bubble 에
용존 존농도 산 효 분
Analysis of Dissolved Ozone Concentration and
Oxidation Efficiency by Sub-micron Ozone Bubble
지도
이 논 공 사 논 출함
2014 8월
울 원
건 경공 부
승
승 사 논 인 함
2014 8월
원 장 재 (인)
부 원 장 (인)
원 남 경 (인)
- I -
국
존 높 산 인 여 폐 처리 토양 척 살균 등 다양
분야 처리 공 에 용 고 있다 재 사용 인 산 식
존 주입 법 존 달 효 이 낮 며 존 처리 등 를 가
지고 있다 이러 상황에 마이크 버 이용 법 존 산
식에 해 포 크 가 작 에 존 달 효 이 좋 것
생각 어 새 운 존 주입 식 주목 고 있다 근 마이크 버
보다 크 가 작 마이크 버 에 연구가 진행 고 있다
그러나 마이크 버 존 포를 주입 는 법에 연구는
재 다 지지 고 있다
라 본 연구에 는 마이크 버 에 존 주입에
연구 존 포 크 (2 mm 57 μm 960 nm) 존 에 향
미 다고 진 pH(5 7 9)를 변 시키며 존 주입 여 존
용해 효 과 존에 산 효 분 해보 다
1 pH를 5 7 9 조 증 에 다른 포 크 존 20분
간 주입 후 40분 간 시키며 용존 존농도를 결과 pH 5
7 9 존 주입 에는 용존 존농도가 르고 높게
라갔 며 에는 용존 존농도가 천천히 낮 다 이 경향
모든 포 크 에 동일 게 나타났다 포 크 를 변 시키며 용존
존농도를 결과 포 크 가 작 용존 존농도가 높
게 라갔 며 래 지속 었다 이는 포 크 가 작 질
달 효 이 높 인 것 단 다
- II -
2 증 에 체 를 후 pH를 조 후 가지 포크
존 주입 여 각각 상황에 COD 거효 분 다 그 결과
pH 5 매크 버 일 거 09 가장 낮 고 pH 9 마이
크 버 일 거 이 362 가장 높 다 pH가 높 포
크 가 작 처리효 이 좋 경향 보 다 이는 pH가 높
존 분해가 진 어 OH Radical이 많이 생 고 포 크 가 작
질 달 효 이 높 이 진 인 것 단 다
3 COD 거효 과 슷 법 증 에 잉크를 후 450
nm에 도를 분 여 색도 거효 분 다 그 결과 pH
5 매크 버 일 도 감소 이 5 가장 낮 고 pH 9 마
이크 버 일 도 감소 이 94 가장 높 다 이 결과는 COD
거 실험과 슷 양상 보 다 특히 pH가 5일 경우 거효 이
pH 7 9 일 에 여 크게 떨어 는데 이는 용존 존농도에 pH
에 라 큰 차이를 보인 결과 슷 다
본 연구에 는 다양 크 존 포에 질 달 특 산
효 에 분 며 이 결과는 존 산 공
는데 자료 용 있 것 다
주요어 존 존 산 마이크 버 Sub-micron bubble 존
질 달 미 포
번 2012-23251
- III -
목 차
1 1
11 연구 경 1
12 연구 목 2
2 헌고찰 이 경 3
21 존 특 3
21 존 처리 공 9
221 존처리효과 10
222 고도산 공 11
223 존산 원리 14
23 미 포 생장 원리 15
231 포 크 15
232 포 크 어 법 16
233 포 크 법 18
3 실험 장 법 20
31 존 생장 20
32 포 생장 23
33 실험 조건 25
34 법 27
- IV -
341 포 크 27
342 포 크 결과 30
343 용존 존농도 32
344 색도 33
4 실험결과 고찰 34
41 용존 존농도 분 34
411 pH에 른 용존 존농도 34
412 존 포 크 에 른 용존 존농도 37
42 존 포 산 효 40
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효 40
4211 pH에 른 COD 거 효 40
4212 포 크 에 른 COD 거 효 43
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효 46
4221 pH에 른 색도 거 효 46
4222 포 크 에 른 색도 거 효 50
4223 공 포 존 포 53
5 결 54
6 참고 헌 56
- V -
목 차
Table 21 Properties of ozone 6
Table 22 Specifications of Online Particle Counter 19
Table 31 Specifications of ozone generator 22
Table 32 Experiment apparatus 24
Table 33 Specifications of bubble generations 24
Table 34 Experiment sets 26
Table 35 Specification of Confocal microscope 29
Table 36 Pictures of various size bubbles 29
Table 37 Size distribution of microbubble 29
- VI -
그 림 목 차
Figure 21 Structure of ozone molecular 4
Figure 22 Resonance structure of ozone 4
Figure 23 Decomposition of ozone 6
Figure 24 Reaction scheme of ozone self-decomposition 7
Figure 25 Reaction equations in ozone self-decomposition and
their reaction rate constants 8
Figure 26 Collision efficiency(αbp) between bubble and particle
depending on bubble size 15
Figure 27 Research trend of bubble size 16
Figure 28 Average bubble sizes depending on the pressure in
bubble generating system of DAF 17
Figure 29 Photograph of Online Particle Counter (left) and the
details of the sensor (right) 19
Figure 31 Ozone generator 22
Figure 32 Schematic diagram of experiment 23
Figure 33 Schematic diagram of the particle counter method 28
Figure 34 Image analysis of sub-micron bubble diameter 31
Figure 41 Dissolved Ozone by Macrobubble 35
Figure 42 Dissolved Ozone by Microbubble 36
Figure 43 Dissolved Ozone by Sub-micron bubble 36
Figure 44 Dissolved Ozone by bubble size (pH 5) 37
Figure 45 Dissolved Ozone by bubble size (pH 7) 38
Figure 46 Dissolved Ozone by bubble size (pH 9) 38
- VII -
Figure 47 COD Removal efficiency by macrobubble 40
Figure 48 COD Removal efficiency by microbubble 41
Figure 49 COD Removal efficiency by sub-micron bubble 41
Figure 410 COD Removal efficiency at pH 5 43
Figure 411 COD Removal efficiency at pH 7 44
Figure 412 COD Removal efficiency at pH 9 44
Figure 413 Decrease of absorbance by macrobubble 46
Figure 414 Decrease of absorbance by microbubble 47
Figure 415 Decrease of absorbance by sub-micron bubble 47
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble) 49
Figure 417 Decrease of absorbance at pH 5 50
Figure 418 Decrease of absorbance at pH 7 51
Figure 419 Decrease of absorbance at pH 9 51
Figure 419 Decrease of absorbance by air and ozone bubble 53
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- I -
국
존 높 산 인 여 폐 처리 토양 척 살균 등 다양
분야 처리 공 에 용 고 있다 재 사용 인 산 식
존 주입 법 존 달 효 이 낮 며 존 처리 등 를 가
지고 있다 이러 상황에 마이크 버 이용 법 존 산
식에 해 포 크 가 작 에 존 달 효 이 좋 것
생각 어 새 운 존 주입 식 주목 고 있다 근 마이크 버
보다 크 가 작 마이크 버 에 연구가 진행 고 있다
그러나 마이크 버 존 포를 주입 는 법에 연구는
재 다 지지 고 있다
라 본 연구에 는 마이크 버 에 존 주입에
연구 존 포 크 (2 mm 57 μm 960 nm) 존 에 향
미 다고 진 pH(5 7 9)를 변 시키며 존 주입 여 존
용해 효 과 존에 산 효 분 해보 다
1 pH를 5 7 9 조 증 에 다른 포 크 존 20분
간 주입 후 40분 간 시키며 용존 존농도를 결과 pH 5
7 9 존 주입 에는 용존 존농도가 르고 높게
라갔 며 에는 용존 존농도가 천천히 낮 다 이 경향
모든 포 크 에 동일 게 나타났다 포 크 를 변 시키며 용존
존농도를 결과 포 크 가 작 용존 존농도가 높
게 라갔 며 래 지속 었다 이는 포 크 가 작 질
달 효 이 높 인 것 단 다
- II -
2 증 에 체 를 후 pH를 조 후 가지 포크
존 주입 여 각각 상황에 COD 거효 분 다 그 결과
pH 5 매크 버 일 거 09 가장 낮 고 pH 9 마이
크 버 일 거 이 362 가장 높 다 pH가 높 포
크 가 작 처리효 이 좋 경향 보 다 이는 pH가 높
존 분해가 진 어 OH Radical이 많이 생 고 포 크 가 작
질 달 효 이 높 이 진 인 것 단 다
3 COD 거효 과 슷 법 증 에 잉크를 후 450
nm에 도를 분 여 색도 거효 분 다 그 결과 pH
5 매크 버 일 도 감소 이 5 가장 낮 고 pH 9 마
이크 버 일 도 감소 이 94 가장 높 다 이 결과는 COD
거 실험과 슷 양상 보 다 특히 pH가 5일 경우 거효 이
pH 7 9 일 에 여 크게 떨어 는데 이는 용존 존농도에 pH
에 라 큰 차이를 보인 결과 슷 다
본 연구에 는 다양 크 존 포에 질 달 특 산
효 에 분 며 이 결과는 존 산 공
는데 자료 용 있 것 다
주요어 존 존 산 마이크 버 Sub-micron bubble 존
질 달 미 포
번 2012-23251
- III -
목 차
1 1
11 연구 경 1
12 연구 목 2
2 헌고찰 이 경 3
21 존 특 3
21 존 처리 공 9
221 존처리효과 10
222 고도산 공 11
223 존산 원리 14
23 미 포 생장 원리 15
231 포 크 15
232 포 크 어 법 16
233 포 크 법 18
3 실험 장 법 20
31 존 생장 20
32 포 생장 23
33 실험 조건 25
34 법 27
- IV -
341 포 크 27
342 포 크 결과 30
343 용존 존농도 32
344 색도 33
4 실험결과 고찰 34
41 용존 존농도 분 34
411 pH에 른 용존 존농도 34
412 존 포 크 에 른 용존 존농도 37
42 존 포 산 효 40
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효 40
4211 pH에 른 COD 거 효 40
4212 포 크 에 른 COD 거 효 43
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효 46
4221 pH에 른 색도 거 효 46
4222 포 크 에 른 색도 거 효 50
4223 공 포 존 포 53
5 결 54
6 참고 헌 56
- V -
목 차
Table 21 Properties of ozone 6
Table 22 Specifications of Online Particle Counter 19
Table 31 Specifications of ozone generator 22
Table 32 Experiment apparatus 24
Table 33 Specifications of bubble generations 24
Table 34 Experiment sets 26
Table 35 Specification of Confocal microscope 29
Table 36 Pictures of various size bubbles 29
Table 37 Size distribution of microbubble 29
- VI -
그 림 목 차
Figure 21 Structure of ozone molecular 4
Figure 22 Resonance structure of ozone 4
Figure 23 Decomposition of ozone 6
Figure 24 Reaction scheme of ozone self-decomposition 7
Figure 25 Reaction equations in ozone self-decomposition and
their reaction rate constants 8
Figure 26 Collision efficiency(αbp) between bubble and particle
depending on bubble size 15
Figure 27 Research trend of bubble size 16
Figure 28 Average bubble sizes depending on the pressure in
bubble generating system of DAF 17
Figure 29 Photograph of Online Particle Counter (left) and the
details of the sensor (right) 19
Figure 31 Ozone generator 22
Figure 32 Schematic diagram of experiment 23
Figure 33 Schematic diagram of the particle counter method 28
Figure 34 Image analysis of sub-micron bubble diameter 31
Figure 41 Dissolved Ozone by Macrobubble 35
Figure 42 Dissolved Ozone by Microbubble 36
Figure 43 Dissolved Ozone by Sub-micron bubble 36
Figure 44 Dissolved Ozone by bubble size (pH 5) 37
Figure 45 Dissolved Ozone by bubble size (pH 7) 38
Figure 46 Dissolved Ozone by bubble size (pH 9) 38
- VII -
Figure 47 COD Removal efficiency by macrobubble 40
Figure 48 COD Removal efficiency by microbubble 41
Figure 49 COD Removal efficiency by sub-micron bubble 41
Figure 410 COD Removal efficiency at pH 5 43
Figure 411 COD Removal efficiency at pH 7 44
Figure 412 COD Removal efficiency at pH 9 44
Figure 413 Decrease of absorbance by macrobubble 46
Figure 414 Decrease of absorbance by microbubble 47
Figure 415 Decrease of absorbance by sub-micron bubble 47
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble) 49
Figure 417 Decrease of absorbance at pH 5 50
Figure 418 Decrease of absorbance at pH 7 51
Figure 419 Decrease of absorbance at pH 9 51
Figure 419 Decrease of absorbance by air and ozone bubble 53
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- II -
2 증 에 체 를 후 pH를 조 후 가지 포크
존 주입 여 각각 상황에 COD 거효 분 다 그 결과
pH 5 매크 버 일 거 09 가장 낮 고 pH 9 마이
크 버 일 거 이 362 가장 높 다 pH가 높 포
크 가 작 처리효 이 좋 경향 보 다 이는 pH가 높
존 분해가 진 어 OH Radical이 많이 생 고 포 크 가 작
질 달 효 이 높 이 진 인 것 단 다
3 COD 거효 과 슷 법 증 에 잉크를 후 450
nm에 도를 분 여 색도 거효 분 다 그 결과 pH
5 매크 버 일 도 감소 이 5 가장 낮 고 pH 9 마
이크 버 일 도 감소 이 94 가장 높 다 이 결과는 COD
거 실험과 슷 양상 보 다 특히 pH가 5일 경우 거효 이
pH 7 9 일 에 여 크게 떨어 는데 이는 용존 존농도에 pH
에 라 큰 차이를 보인 결과 슷 다
본 연구에 는 다양 크 존 포에 질 달 특 산
효 에 분 며 이 결과는 존 산 공
는데 자료 용 있 것 다
주요어 존 존 산 마이크 버 Sub-micron bubble 존
질 달 미 포
번 2012-23251
- III -
목 차
1 1
11 연구 경 1
12 연구 목 2
2 헌고찰 이 경 3
21 존 특 3
21 존 처리 공 9
221 존처리효과 10
222 고도산 공 11
223 존산 원리 14
23 미 포 생장 원리 15
231 포 크 15
232 포 크 어 법 16
233 포 크 법 18
3 실험 장 법 20
31 존 생장 20
32 포 생장 23
33 실험 조건 25
34 법 27
- IV -
341 포 크 27
342 포 크 결과 30
343 용존 존농도 32
344 색도 33
4 실험결과 고찰 34
41 용존 존농도 분 34
411 pH에 른 용존 존농도 34
412 존 포 크 에 른 용존 존농도 37
42 존 포 산 효 40
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효 40
4211 pH에 른 COD 거 효 40
4212 포 크 에 른 COD 거 효 43
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효 46
4221 pH에 른 색도 거 효 46
4222 포 크 에 른 색도 거 효 50
4223 공 포 존 포 53
5 결 54
6 참고 헌 56
- V -
목 차
Table 21 Properties of ozone 6
Table 22 Specifications of Online Particle Counter 19
Table 31 Specifications of ozone generator 22
Table 32 Experiment apparatus 24
Table 33 Specifications of bubble generations 24
Table 34 Experiment sets 26
Table 35 Specification of Confocal microscope 29
Table 36 Pictures of various size bubbles 29
Table 37 Size distribution of microbubble 29
- VI -
그 림 목 차
Figure 21 Structure of ozone molecular 4
Figure 22 Resonance structure of ozone 4
Figure 23 Decomposition of ozone 6
Figure 24 Reaction scheme of ozone self-decomposition 7
Figure 25 Reaction equations in ozone self-decomposition and
their reaction rate constants 8
Figure 26 Collision efficiency(αbp) between bubble and particle
depending on bubble size 15
Figure 27 Research trend of bubble size 16
Figure 28 Average bubble sizes depending on the pressure in
bubble generating system of DAF 17
Figure 29 Photograph of Online Particle Counter (left) and the
details of the sensor (right) 19
Figure 31 Ozone generator 22
Figure 32 Schematic diagram of experiment 23
Figure 33 Schematic diagram of the particle counter method 28
Figure 34 Image analysis of sub-micron bubble diameter 31
Figure 41 Dissolved Ozone by Macrobubble 35
Figure 42 Dissolved Ozone by Microbubble 36
Figure 43 Dissolved Ozone by Sub-micron bubble 36
Figure 44 Dissolved Ozone by bubble size (pH 5) 37
Figure 45 Dissolved Ozone by bubble size (pH 7) 38
Figure 46 Dissolved Ozone by bubble size (pH 9) 38
- VII -
Figure 47 COD Removal efficiency by macrobubble 40
Figure 48 COD Removal efficiency by microbubble 41
Figure 49 COD Removal efficiency by sub-micron bubble 41
Figure 410 COD Removal efficiency at pH 5 43
Figure 411 COD Removal efficiency at pH 7 44
Figure 412 COD Removal efficiency at pH 9 44
Figure 413 Decrease of absorbance by macrobubble 46
Figure 414 Decrease of absorbance by microbubble 47
Figure 415 Decrease of absorbance by sub-micron bubble 47
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble) 49
Figure 417 Decrease of absorbance at pH 5 50
Figure 418 Decrease of absorbance at pH 7 51
Figure 419 Decrease of absorbance at pH 9 51
Figure 419 Decrease of absorbance by air and ozone bubble 53
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- III -
목 차
1 1
11 연구 경 1
12 연구 목 2
2 헌고찰 이 경 3
21 존 특 3
21 존 처리 공 9
221 존처리효과 10
222 고도산 공 11
223 존산 원리 14
23 미 포 생장 원리 15
231 포 크 15
232 포 크 어 법 16
233 포 크 법 18
3 실험 장 법 20
31 존 생장 20
32 포 생장 23
33 실험 조건 25
34 법 27
- IV -
341 포 크 27
342 포 크 결과 30
343 용존 존농도 32
344 색도 33
4 실험결과 고찰 34
41 용존 존농도 분 34
411 pH에 른 용존 존농도 34
412 존 포 크 에 른 용존 존농도 37
42 존 포 산 효 40
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효 40
4211 pH에 른 COD 거 효 40
4212 포 크 에 른 COD 거 효 43
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효 46
4221 pH에 른 색도 거 효 46
4222 포 크 에 른 색도 거 효 50
4223 공 포 존 포 53
5 결 54
6 참고 헌 56
- V -
목 차
Table 21 Properties of ozone 6
Table 22 Specifications of Online Particle Counter 19
Table 31 Specifications of ozone generator 22
Table 32 Experiment apparatus 24
Table 33 Specifications of bubble generations 24
Table 34 Experiment sets 26
Table 35 Specification of Confocal microscope 29
Table 36 Pictures of various size bubbles 29
Table 37 Size distribution of microbubble 29
- VI -
그 림 목 차
Figure 21 Structure of ozone molecular 4
Figure 22 Resonance structure of ozone 4
Figure 23 Decomposition of ozone 6
Figure 24 Reaction scheme of ozone self-decomposition 7
Figure 25 Reaction equations in ozone self-decomposition and
their reaction rate constants 8
Figure 26 Collision efficiency(αbp) between bubble and particle
depending on bubble size 15
Figure 27 Research trend of bubble size 16
Figure 28 Average bubble sizes depending on the pressure in
bubble generating system of DAF 17
Figure 29 Photograph of Online Particle Counter (left) and the
details of the sensor (right) 19
Figure 31 Ozone generator 22
Figure 32 Schematic diagram of experiment 23
Figure 33 Schematic diagram of the particle counter method 28
Figure 34 Image analysis of sub-micron bubble diameter 31
Figure 41 Dissolved Ozone by Macrobubble 35
Figure 42 Dissolved Ozone by Microbubble 36
Figure 43 Dissolved Ozone by Sub-micron bubble 36
Figure 44 Dissolved Ozone by bubble size (pH 5) 37
Figure 45 Dissolved Ozone by bubble size (pH 7) 38
Figure 46 Dissolved Ozone by bubble size (pH 9) 38
- VII -
Figure 47 COD Removal efficiency by macrobubble 40
Figure 48 COD Removal efficiency by microbubble 41
Figure 49 COD Removal efficiency by sub-micron bubble 41
Figure 410 COD Removal efficiency at pH 5 43
Figure 411 COD Removal efficiency at pH 7 44
Figure 412 COD Removal efficiency at pH 9 44
Figure 413 Decrease of absorbance by macrobubble 46
Figure 414 Decrease of absorbance by microbubble 47
Figure 415 Decrease of absorbance by sub-micron bubble 47
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble) 49
Figure 417 Decrease of absorbance at pH 5 50
Figure 418 Decrease of absorbance at pH 7 51
Figure 419 Decrease of absorbance at pH 9 51
Figure 419 Decrease of absorbance by air and ozone bubble 53
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- IV -
341 포 크 27
342 포 크 결과 30
343 용존 존농도 32
344 색도 33
4 실험결과 고찰 34
41 용존 존농도 분 34
411 pH에 른 용존 존농도 34
412 존 포 크 에 른 용존 존농도 37
42 존 포 산 효 40
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효 40
4211 pH에 른 COD 거 효 40
4212 포 크 에 른 COD 거 효 43
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효 46
4221 pH에 른 색도 거 효 46
4222 포 크 에 른 색도 거 효 50
4223 공 포 존 포 53
5 결 54
6 참고 헌 56
- V -
목 차
Table 21 Properties of ozone 6
Table 22 Specifications of Online Particle Counter 19
Table 31 Specifications of ozone generator 22
Table 32 Experiment apparatus 24
Table 33 Specifications of bubble generations 24
Table 34 Experiment sets 26
Table 35 Specification of Confocal microscope 29
Table 36 Pictures of various size bubbles 29
Table 37 Size distribution of microbubble 29
- VI -
그 림 목 차
Figure 21 Structure of ozone molecular 4
Figure 22 Resonance structure of ozone 4
Figure 23 Decomposition of ozone 6
Figure 24 Reaction scheme of ozone self-decomposition 7
Figure 25 Reaction equations in ozone self-decomposition and
their reaction rate constants 8
Figure 26 Collision efficiency(αbp) between bubble and particle
depending on bubble size 15
Figure 27 Research trend of bubble size 16
Figure 28 Average bubble sizes depending on the pressure in
bubble generating system of DAF 17
Figure 29 Photograph of Online Particle Counter (left) and the
details of the sensor (right) 19
Figure 31 Ozone generator 22
Figure 32 Schematic diagram of experiment 23
Figure 33 Schematic diagram of the particle counter method 28
Figure 34 Image analysis of sub-micron bubble diameter 31
Figure 41 Dissolved Ozone by Macrobubble 35
Figure 42 Dissolved Ozone by Microbubble 36
Figure 43 Dissolved Ozone by Sub-micron bubble 36
Figure 44 Dissolved Ozone by bubble size (pH 5) 37
Figure 45 Dissolved Ozone by bubble size (pH 7) 38
Figure 46 Dissolved Ozone by bubble size (pH 9) 38
- VII -
Figure 47 COD Removal efficiency by macrobubble 40
Figure 48 COD Removal efficiency by microbubble 41
Figure 49 COD Removal efficiency by sub-micron bubble 41
Figure 410 COD Removal efficiency at pH 5 43
Figure 411 COD Removal efficiency at pH 7 44
Figure 412 COD Removal efficiency at pH 9 44
Figure 413 Decrease of absorbance by macrobubble 46
Figure 414 Decrease of absorbance by microbubble 47
Figure 415 Decrease of absorbance by sub-micron bubble 47
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble) 49
Figure 417 Decrease of absorbance at pH 5 50
Figure 418 Decrease of absorbance at pH 7 51
Figure 419 Decrease of absorbance at pH 9 51
Figure 419 Decrease of absorbance by air and ozone bubble 53
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- V -
목 차
Table 21 Properties of ozone 6
Table 22 Specifications of Online Particle Counter 19
Table 31 Specifications of ozone generator 22
Table 32 Experiment apparatus 24
Table 33 Specifications of bubble generations 24
Table 34 Experiment sets 26
Table 35 Specification of Confocal microscope 29
Table 36 Pictures of various size bubbles 29
Table 37 Size distribution of microbubble 29
- VI -
그 림 목 차
Figure 21 Structure of ozone molecular 4
Figure 22 Resonance structure of ozone 4
Figure 23 Decomposition of ozone 6
Figure 24 Reaction scheme of ozone self-decomposition 7
Figure 25 Reaction equations in ozone self-decomposition and
their reaction rate constants 8
Figure 26 Collision efficiency(αbp) between bubble and particle
depending on bubble size 15
Figure 27 Research trend of bubble size 16
Figure 28 Average bubble sizes depending on the pressure in
bubble generating system of DAF 17
Figure 29 Photograph of Online Particle Counter (left) and the
details of the sensor (right) 19
Figure 31 Ozone generator 22
Figure 32 Schematic diagram of experiment 23
Figure 33 Schematic diagram of the particle counter method 28
Figure 34 Image analysis of sub-micron bubble diameter 31
Figure 41 Dissolved Ozone by Macrobubble 35
Figure 42 Dissolved Ozone by Microbubble 36
Figure 43 Dissolved Ozone by Sub-micron bubble 36
Figure 44 Dissolved Ozone by bubble size (pH 5) 37
Figure 45 Dissolved Ozone by bubble size (pH 7) 38
Figure 46 Dissolved Ozone by bubble size (pH 9) 38
- VII -
Figure 47 COD Removal efficiency by macrobubble 40
Figure 48 COD Removal efficiency by microbubble 41
Figure 49 COD Removal efficiency by sub-micron bubble 41
Figure 410 COD Removal efficiency at pH 5 43
Figure 411 COD Removal efficiency at pH 7 44
Figure 412 COD Removal efficiency at pH 9 44
Figure 413 Decrease of absorbance by macrobubble 46
Figure 414 Decrease of absorbance by microbubble 47
Figure 415 Decrease of absorbance by sub-micron bubble 47
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble) 49
Figure 417 Decrease of absorbance at pH 5 50
Figure 418 Decrease of absorbance at pH 7 51
Figure 419 Decrease of absorbance at pH 9 51
Figure 419 Decrease of absorbance by air and ozone bubble 53
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- VI -
그 림 목 차
Figure 21 Structure of ozone molecular 4
Figure 22 Resonance structure of ozone 4
Figure 23 Decomposition of ozone 6
Figure 24 Reaction scheme of ozone self-decomposition 7
Figure 25 Reaction equations in ozone self-decomposition and
their reaction rate constants 8
Figure 26 Collision efficiency(αbp) between bubble and particle
depending on bubble size 15
Figure 27 Research trend of bubble size 16
Figure 28 Average bubble sizes depending on the pressure in
bubble generating system of DAF 17
Figure 29 Photograph of Online Particle Counter (left) and the
details of the sensor (right) 19
Figure 31 Ozone generator 22
Figure 32 Schematic diagram of experiment 23
Figure 33 Schematic diagram of the particle counter method 28
Figure 34 Image analysis of sub-micron bubble diameter 31
Figure 41 Dissolved Ozone by Macrobubble 35
Figure 42 Dissolved Ozone by Microbubble 36
Figure 43 Dissolved Ozone by Sub-micron bubble 36
Figure 44 Dissolved Ozone by bubble size (pH 5) 37
Figure 45 Dissolved Ozone by bubble size (pH 7) 38
Figure 46 Dissolved Ozone by bubble size (pH 9) 38
- VII -
Figure 47 COD Removal efficiency by macrobubble 40
Figure 48 COD Removal efficiency by microbubble 41
Figure 49 COD Removal efficiency by sub-micron bubble 41
Figure 410 COD Removal efficiency at pH 5 43
Figure 411 COD Removal efficiency at pH 7 44
Figure 412 COD Removal efficiency at pH 9 44
Figure 413 Decrease of absorbance by macrobubble 46
Figure 414 Decrease of absorbance by microbubble 47
Figure 415 Decrease of absorbance by sub-micron bubble 47
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble) 49
Figure 417 Decrease of absorbance at pH 5 50
Figure 418 Decrease of absorbance at pH 7 51
Figure 419 Decrease of absorbance at pH 9 51
Figure 419 Decrease of absorbance by air and ozone bubble 53
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- VII -
Figure 47 COD Removal efficiency by macrobubble 40
Figure 48 COD Removal efficiency by microbubble 41
Figure 49 COD Removal efficiency by sub-micron bubble 41
Figure 410 COD Removal efficiency at pH 5 43
Figure 411 COD Removal efficiency at pH 7 44
Figure 412 COD Removal efficiency at pH 9 44
Figure 413 Decrease of absorbance by macrobubble 46
Figure 414 Decrease of absorbance by microbubble 47
Figure 415 Decrease of absorbance by sub-micron bubble 47
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble) 49
Figure 417 Decrease of absorbance at pH 5 50
Figure 418 Decrease of absorbance at pH 7 51
Figure 419 Decrease of absorbance at pH 9 51
Figure 419 Decrease of absorbance by air and ozone bubble 53
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 1 -
1
11 연구 경
존산 공 존 이용 여 원 내 등 거 는 공
써 크게 존산 공 과 존 공 구 어 있 며 재
GAC 공 과 함께 고도 처리 공 middot폐 처리공 에 많이 이
용 고 있다 이러 존 이용 산 공 처리효 좌우 는
인자 는 존 달 효 존 시간 등이 있 나 그 에
가장 요 것 존 달 효 이다 지만 존주입 공
Dead zone 생 side stream 생 등 계 에 존 달효
이 떨어 운 지 리 면에 어 움 나타내고 있다
재 존 주입 는 식에는 크게 diffuser 등 이용 여 산 시
키는 법 venturi 사용 여 주입 는 법 등이 있다 산 법
경우 mm에 μm 단 매크 버 이 용 고 있는데
이보다 작 버 인 마이크 버 용 여 주입 는 법이 연구
고 있다 지만 마이크 버 에 연구는 재 Lab scale 주
연구가 이루어지고 있 며 마이크 버 에 연구는 이루어지지
고 있다 존 주입 산 효 분 여 주입 존 포
크 존 산 공 에 미 는 향에 른 조건에 연구가
요 다 존 산 효 에 이 있는 요 인자는 시간 pH 등
있다 본 연구에 는 다양 크 포 pH 시간과 계가
존 산 에 어떻게 향 미 는지에 여 실험 고 분 다
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 2 -
12 연구 목
본 연구 목 존 포 크 에 른 존 용해 효 산
효 분 여 이를 토 마이크 버 용과 존 주입
식 에 를 마 는 것이다
이에 부 인 연구목 다 과 같다
(1) 포 크 pH 시간에 른 용존 존농도를 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 주입
후 용존 존 농도를 연속 여 포 크
pH 시간 향 분 다
(2) 포 크 pH 시간에 른 산 효 분 다
가지 포 크 pH가 다른 에 존 주입 며 산 효
분 다 산 효 COD 색도 분 다 포 크 pH
시간이 산 효 에 미 는 향 분 다
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 3 -
2 헌고찰 이 경
21 존 특 (이병 2005)
존 견 1840 독일 베인에 해 이고 분자 O3
분자량 48 -2515 -112 17 체상에
담청색 며 속이나 해 등지에 미량 존재 며 권
다량 존재 여 지구상에 도달 는 자외 사 등 차단 는 작
용 다 존 불 가스 매우 이 높
속 리 나 이러스 곰 이 인체에 해 운 질(솔벤
트 농약 속 분 등)등 공격 여 이들과 일
산 시킨다 이러 질 이용 여 깨끗 고 살균 상태 만
들게 다 존 염소보다 나 른 살균능 가지고 있
며 에 도 종래 염소계 살균체보다 7 살균 보 면
도 잔 이 없는 공해 질이다 사용 고 남 존가스 자체는
히 산소 분해 어 버리므 해가 없다 존 공명결합
태 이등변삼각 구조 결합 이 약해 3개 원자 3원자는
쉽게 분리 어 생 산소(Nascent Oxygen) 는 질이 있다 이
생 산소는 염소나 과산 소 등에 해 강 산 가지고
있 며 질이 남지 는다 그 구조는 Fig 21에 나타난 것
과 같이 결합각도 1168 O-O결합거리 1278Å 가지고 있지만
Fig 22에 나타낸 것과 같이 (a)～(d) 4개 체 어 있다 이
에 존 구 자시약 구핵시약 작용 뿐만 니라 13-
극자 도 다
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 4 -
Figure21Structureofozonemolecular
Figure22Resonancestructureofozone
존 체는 엷 청색이지만 체 고체는 각각 청색 자색이
다 특이 냄새를 가지고 공 에 1500000 도 부 존재
여도 감지 있다 존 3개 산소원자가 4가지 상 공명
구조 결합 태 존재 다 존 특 장에 외 자외
가시 등 는데 장 2537Å
있다 존 산소보다 용해도가 약 10 도 높 존 생장 에
얻어지는 존 분 이 2 도 일 에 용존 는 존
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 5 -
농도는 1 20 상태에 산소 슷 값인 약 10 mgℓ를 나
타낸다 편 존 그 자체가 불 여 보통 20 에 20sim
30분 공 에 10～15시간 감 를 가지는데 분해 는 존
농도 불 존재여부 등에 좌우 다 체상 존 단히
불 고 폭 이 있어 공 bull산소 합 상태에 존농도가
30 이상이 는 쉽게 폭 게 다 존 단시
간에 분해 어 산소 는데 분해속도는 주 pH 향 는다
산 에 는 나 칼리 갈 분해속도가 빨라지게 다
존 주요 Table 21과 같다
존 강 산 특징 인 분자구조 인 여 다양 태
bull 과 택 산 일 키며 자 분해 에
해 생 OH- 는 택 산 일 키지만 존
분자보다 큰 가지고 있다 라 존처리에 해 불포
질과 향족 합 들 쉽게 분자 질 분해 며 시
철 이 망간 등 도 효과 산 처리 있다
존 분해 커니즘 pH UV radical scavenger 존농도에
해 향 며 가장 큰 인자는 pH pH가 증가함에 라
존 분해가 가속 며 자 분해 이 시작 어 라 칼 태 연
쇄 에 해 가속 다 존 분해 커니즘 크게 단계
단계 종료단계 구분 있 며 Fig 23과 같 분해 커니즘
보인다 자연원 내에 존 욱 복잡해진다 존이
자연 과 복합 humic molecules 가장 결합 이 약
곳 공격 게 는데 탄소-탄소 이 결합 향족 고리 속이
등이 인 이다
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 6 -
항목 값
분자량(MW) 48g
비 (bp) -112
융 (mp) -2515
임계온도 -121
임계압력 546kgcm2
임계 도 0437ℓ
임계용 0147ℓ
기체 도(0) 2144gℓ
액의 도(-112)(-183)(-1954)
1354g1571g1614g
표면장력(-183) 384dynecm
정압Mole비열(100) 434kJmolbull deg
도[액체](-183) 157cp
증발열(-112) 316kJg
생성열 144kJmol
용해열(물18) 153kJmol
이온화 (IonPotential) 128eV
자친화력 19sim27eV
극자모멘트 053D
Table21Propertiesofozone
Figure23DecompositionofOzone
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 7 -
존 자가 분해는 매우 다양 에 해 일어나며 각 에
연구가 다양 게 행 었 며 이를 리 고 모델링 는 연구도
진행 이다 그림 24 25는 이에 연구를 보여 다(TMizuno
et al 2007) 존 분해는 존에 처리에 가장 요 인
자 작용 에 분해 과 에 어떠 간 질과 부산 이 생
는지가 요 다 특히 존에 처리에 존에 직
산 보다 간 산 인 OH 라 칼에 간 산 에 처리가
강 고 택 게 므 존이 에 어떻게 분해
는지에 연구가 요 다
Figure24Reactionschemeofozone
self-decomposition(radicalmodel)
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 8 -
Figure25Reactionequationsinozoneself-decompositionand
theirreactionrateconstants
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 9 -
22 존 처리 공 ( 자원공사)
19 말 존 살균 이 견 후 독일에 장에 일럿
(pilot) 랜트를 여 리 에 살균효과를 검증 있
며 라 에는 살균 도입 었다 부 맛 냄새
질 색도 철 망간 등 거도 가능 것 지면 그 사
용범 가 어 다 1970 THM이 견 이후부 존공
근 지 상 원 염심 염 질 다양 추 는
질 강 염소처리에 소독부산 (DBPs) 생 등
복합 인 질 에 여 조 어 소독부산 어 목
고도 처리에 도입 고 있다
크립토스포리 움에 질사고 이후 소독 존에
심이 증가 며 욱이 존 살균효과가 우 고 염소 소독
과는 달리 THMs 등 합 생 시키지 는 장 이 있다 게다
가 강 산 에 해 페놀 ABS 등 난분해 질 분해
ㆍ 거가 가능 고 THM 구 질이나 맛ㆍ냄새 등 거에도 매우
효과 이다 질 상 변 시킨 후 탄에 착시
어 는 처리 법 도 용 있어 소독부산 어를
생 탄(BAC)에 처리시 용 고 있다 라
랑스를 롯 럽지역 미국 포함 북미지역에 존처리
공 이 속도 산 었다
면 존처리 이 처리 분야에 는 조 낯 실 이
고 도입에 른 과도 소요 용 장생산에 른 인 들
이 있다 존 강 산 에 이트(bromate
BrO3) 클 이트(chlorate CIO3) 데 이드(aldehydes) 같
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 10 -
소독부산 들이 생 있 며 이들에 해 검증과 책이
요 다
221 존처리 효과
- 살균 조 억
존 불소 다 강 산 염소에 여 몇 가지
장 가지고 있다 존 염소 같이 과 결합 여 THMs
등 시키지 며 맛과 냄새 원인이 는 페놀 등
산 시킨다 산 이 높 계 병원 미생 살균 이 염
소보다 훨 효과 이다 그러나 존 감 가 약 30분미만 매
우 불 가스이 에 장에 생산 여야 며 잔 이 없
어 는 ㆍ 계통에 미생 에 3차 염 험이 있
다
- 철ㆍ망간 거
철 에 맛과 냄새를 시키고 색 게 다 ㆍ
망에 철 리 식 이 폐쇄 도 있고 이
붉게 보이는 상 원인이 도 다 망간 쓴맛 내며
리 에 해 내 량 감소 원인 질 있다 보통 철 망
간 에 Fe(HCO3)2 Mn(HCO3)2 는 착염상 이드상 규
산 모니 등과 공존 는 태 존재 다 존 이러 철 망간
산 시키는 능 가지고 있다 그러나 과잉 존 주입 생
MnO4-에 해 색도 가능 이 있 며 존 주입
MnO4-가 생 면 존 조 후 부에 이를 다시 원시 색도를
거 는 단 공 이 요구 다
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 11 -
- 시 (CN-) 거
시 산 공장 도 공장에 는 폐 등에 함
어 원 를 염시키게 는데 포 미생 분해에 해 거
있다 존에 해 는 가 분해 어 해 게 다
- 맛 냄새 거
잔 존농도가 05 mgL라고 가 부분 맛 냄새 질
산 분해 는데 요 시간 10분 도 있다
라 존 맛 냄새 질 거 는데 매우 효과 이지만 맛
냄새를 는 질들에 존처리 효과는 주입농도 상
합 분자구조 pH 도 농도 해 질 등 다양
원인에 향 는다
- 집보조 역
집침 공 에 존 처리를 병행 면 집 상승효과를 얻게
고 이 인해 집효 증가시 약품주입량 감이라는 경
인 이 도 함께 얻게 다 존 강 산 에 여 원
에 입 용존 상 변 시 미
(microfloc) 생 에 집 침 효 향상시킬
있다
222 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이 모든 분해 면 CO2 H2O 지만
존 산 분해 만큼 강 지는 못 다 실
많 들이 존과 여 일부만 분해 어 특 이 뀌거나
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 12 -
( 맛냄새 질인 지 스민 2-MIB THM과 같 포 탄
소 등) 지 는 것도 있다
존 산 에 지만 칼리 갈 분해속도
가 빨라진다 존 염 이 없는 용 속에 도 산 에 해
분해가 다시 시작 여 간 생 질 Hydroperoxy 라 칼(HO2-)
과 Superoxcide 라 칼(O2-) 며 이들 다시 존분자
여 Ozonide 라 칼(O3-) 간경 를 거쳐 OH라 칼 다
간 질 라 칼 OH라 칼 존 그 자체보다 높
차를 가지며(308V) 거 모든 과 매우 른 속도 골고루
는 특징이 있다 존 산 보강 여 존과 산
를 동시에 시 OH라 칼 생 가속 여 질들
처리 는 법 고도산 공 (Advanced Oxidation Process AOP)
이라 다 처리에 용 있는 AOP 종 는 OzoneH2O2
(PEROXONE) Ozonehigh pH OzoneUV TiO2UV H2O2UV
O3Election Beam FeH2O2 O3TiO2 O3Metallic Oxides 등
법들이 있다
① OzoneHigh pH AOP 존 높 pH에 많 OH라 칼
생 는 원리를 이용 것이다
∙ O3 + OH- rarr O3- + OH
∙ O3 + H2O rarr OH- + OH + O2
② OzoneHydrogen Peroxide(PEROXONE) AOP 존에 인
과산 소를 첨가 여 존 른 속도 분해시 OH라
칼 생 시키는 법 PEROXONE AOP이라고 다 여 는
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 13 -
결과 Ozonide라 칼(O3-)과 HO2
-이 생 며 각각 연
쇄 거쳐 OH라 칼 게 다 주목 과산 소
가 OH라 칼 생 는 시 재(initiator) 뿐 니라 OH라 칼 트
랩 있는 종착재(scavenger) 도 작용 다는 이다 라
요이상 과산 소 주입 히 거 역효과를
도 있다
③ OzoneUV AOP 용존 존 자외 에 지에 여 분해
는 결과 과산 소가 간 질 생산 다
OzoneUV AOP 장 UV만 도 직 거 있는
분해 이 거에 도움이 있다
∙ O3 + H2O + hν rarr H2O2 + O2
④ H2O2UV AOP 과산 소를 분해 여 OH 라 칼 생
는 고 산 법 OH라 칼 생 면에 가장 간단 법이라고
있다 그러나 장 254 에 과산 소 몰 계 가 작
이 작 것이 큰 단 충분 양 OH라 칼 얻
해 는 다량 과산 소가 요 다 동일 자(Photon) 주입량에
여 OH라 칼 생 량 해 보면 OzoneUV AOP이
H2O2UV 법보다 20 도 효과 이라는 것 있다
∙ H2O2 + hν rarr 2 OH
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 14 -
223 존산 원리
존 용 에 불 여 단시간에 분해 며 20 에
감 가 30분 미만이다 존 분해속도는 존 농도 불
존재여부 pH 등 향 크게 며 pH가 높
분해속도는 빨라진다 존 분해속도가 pH 향 는 것 산
(OH- )에 여 존이 스스 분해 있는 특 가지고
있 이다
존 에 가 분해 어 이드 퍼 시 라 칼
(hydroperoxy radical HO2- )를 생 고 다시 간생 인 퍼
사이드 라 칼(superoxide radical O2- )과 존 이드 라 칼
(ozonide radical O3- ) 거쳐 산 라 칼(hydroxy radical
OH ) 생 게 다 이러 연쇄 통해 생산 는 산 라
칼(OH )에 해 강 산 이 진행 다
존 염소보다 강 산 가지고 있어 소독 목 사
용 경우에는 라 칼이나 과산 에 포조직 내 생
효소에 독 주고 염색체에 이상 해 며 포막 시킴
써 살균효과가 있는 것 있다 면 존 강 산
에도 불구 고 맛ㆍ냄새 질인 geosmine 2-MIB THMFP
과 같 포 탄 소 농약 등 다 질과 이 느리거나
어떤 과는 지 는 경우도 있다
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 15 -
23 미 포 생장 원리
231 포 크
(1) 포 크 어 요
일 DAF 공 에 는 과 결합에 리 도 작 크
포를 만들어 집공 에 과 결합 있도 해
야 다 Han (2001) 연구에 면 포 크 입자 크 가
사 가장 높 충돌효 얻 있다고 나타나 있다
Figure 21 Collision efficiency(αbp) between
bubbleandparticledependingon
bubblesize(Hanetal2001)
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 16 -
Figure 22 Research trend of bubble size
232 포 크 어 법
재 미 포 크 를 조 있는 법 이며 크 조
에 연구는 많 나 실 포 크 를 어 있는 법
Saturator type bubble generator Saturator 과 노즐
상에 여 조 고 있다(송 근 2014)
① 차에 포 크 어
DAF공 에 Saturator를 이용 포 생장 에 생 포
크 는 노즐 -후 차에 여 가장 큰 향 며
(AWWA 1999) 일 포 크 는 4 sim 5 atm에 약 10 sim
100 (평균 40 ) 크 를 가지는 것 있다 (Edzwald
1995 포 크 는 가해지는 에 가장 향 고 가해지는
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 17 -
이 클 포 크 는 작 진다 그러나 일 이상에 는
이상 크 가 크게 변 지는 는다(Han et al 2002)
Figure23Averagebubblesizesdependingonthepressurein
bubblegeneratingsystem ofDAF
② 노즐에 포 크 어
미 포 생장 에 노즐과 같 분사장 는 요 역 다
노즐 미 포 진 고 거 포 억 며 포
생량에 직 인 향 다 체에 충격 주는 것 미 크
포 에 큰 향 미 다 충격 에 해 체 름 향이
격 게 뀌면 체에 포함 포가 강 단 게 어 작게
분해 이다 이 분사 는 지 과 충격 사이 거리는 요
향인자이다 일 포 게이지 이 500 kPa 일 분사
는 지 부 10 mm 이상 떨어진 충격 별다른 향 주지
못 다 지만 10 mm 에 5 mm 근 면 포 평균크 는 60
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 18 -
μm 에 40 μm 작 진다 요 것 큰 포 이
어드는 것이다 충격 이 없 큰 포 9 도이다
분사지 부 20 mm에 거리에 충격 이 있 는 8 어
들었다가 5 mm 에 근 면 큰 포 0 에 가 게 어든
다 라 충격 분사지 에 10 mm 이내에 해야 며 가장
작 포 해 는 5 mm 지 지 근 시 야 다(송 근
2014)
233 포 크 법
포 입자 충돌효 에 포 크 는 매우 요 인자이나
포 크 를 용이 게 행 있는 장 나 법 미
상황이다 포크 법도 직 어 있지 못 다
재 지 미 포 크 는 미경 이용 여 직 그 크 를
는 상분 이용 여 다 상분 법 포 개 크
에 있어 는 그 도가 매우 높지만 시간이 래 걸리는 단
에 충분 개 포 크 를 는 데는 계가 있다 라
이러 단 극복 해 Particle Counter를 이용 미 포
크 법인 PCM (Particle Counter Method)이 Han 등에 해 개
었다
이 법 미 포가 입자처럼 거동 다는 이 어에 부 고 이
었다 (Shulz 1984) 즉 PCM Particle Counter를 사용해 입자
를 는 원리 마찬가지 포를 샘 링 여 는 것이다
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 19 -
장 개요도는 Figure 29 같다
On-line Particle Counter는 사용자가 는 8개 채 에
른 입자 크 개 를 다 이 장 는 통과 는
포들에 해 사 는 는 강도변 를 감지 여 그 크 를
다 즉 를 통과 는 포에 해 강도가 변 고 이에
른 pulse가 생 다 여 pulse 는 포 를 pulse 높이
는 포 크 를 나타낸다(송 근 2014)
Figure29 Imagephotograph ofOnlineParticleCounter
(left)andthedetailsofthesensor(right)
Detection
methodChannel
Dynamic
range
Flow rate
(min)
Light
extinction8 2～900 40～100
Table22SpecificationsofOnlineParticleCounter
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 20 -
3 실험 장 법
31 존 생장
존 생 주 산소에 리 인 자극 에 지를 가해
존 변 시키는 것인데 법 해법 법 고주
계법 사 조사법 등이 있 나 산업 쪽에 는 식이
에 지 효 면 조작 어 편리 가장 리 이용
고 있다
법에 나 향 극 사이에 리나 라믹 같
체를 끼우고 공 나 산소를 불어 고 극에 고 (6～15) 인
가 면 공간에 다 에 해 존이 생 다(宗宮
1989)
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 21 -
극에 출 자는 산소분자 충돌 여 산소를 원자 해리
지만 여 산소 분자를 생 시킨다 산소 원자 여 산소 분자
는 다른 산소 분자 여 존 생 다 공극 사이에
는 이 존 생 과 병행 여 존 분해 도 이루어진다 이
는 존과 산소원자 존과 자 산소원자 상 간 충돌에
것 에 존 생 에 역효과가 나는 것 미 다
법 경우 존생 존농도에 라 틀 지지만
일 상용 존 생 를 공 를 원료 경우 10sim35 g
산소를 원료 경우에는 50sim150g 존농도를 얻
있다 공간 도는 존 에 향 미 게 는데
식에 는 냉각 공 냉각 느냐에 라 공랭식
랭식 냉각 법 나 게 다 일 작 계에 는 공
랭식이 사용 고 큰 계에 는 랭식이 사용 다
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 22 -
본 연구에 는 엑스엔지니어링 OXOGA-15 존 생장
를 사용 다 장 사양과 사진 래 31 그림 31 과 같
다
Name
Maximum
Ozone
Generation
Maximum
Oxygen
Gas
Mean
Ozone
Concentrat
ion
Discharge
Power
Size
(mm)
OXOGA-15 15ghr 3LPM 150gNm3 022kW200times200
times400
Table31SpecificationofOzonegenerator
Figure31Ozonegenerator
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 23 -
Figure32Schematicdiagram ofexperiment
32 포 생장
포 생장 는 펌 스 노즐 등 이용 여 직 구
다 매크 버 경우 존 생장 에 나 존 체를 스에
연결 후 체분산 (Air diffuser)에 연결 여 생시 다 마이크
버 경우 펌 노즐 이용 여 생시 다 존 생장
에 생 존 체를 펌 에 과 함께 입 뒤 펌 에 나
는 스에 노즐 연결 다 펌 에 출 존 체가 포함
노즐에 격 변 를 겪 며 마이크 버 이 생
게 다 마이크 버 경우 펌 에 나 포
가 얇고 스를 지나면 리 단 에 해 부 지면
작 포들이 생 는 원리에 여 생 다 매크 버 마이
크 버 마이크 버 생장 단계는 그림 32 같
다
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 24 -
Experimentset Pump Oxygengastank
Diffuser(Macro) Nozzle(Micro) Hose(Sub-micron)
Table32Experimentapparatus
MacroBubble MicroBubble Sub-Micron Bubble
Hosediameter4mm
-Averagesize2mm
Pumppower500W
Nozzlediameter3mm
-Averagesize57
Pumppower500W
-Averagesize960nm
Table33Specificationsofbubblegeneration
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 25 -
33 실험 조건
본 연구에 실험 크게 가지 나 있다 첫 번째 실험 용
존 존 농도를 는 것 존 주입 주입 후
용존 존 농도를 는 것이다 존 질 달에 큰 향
미 는 pH 존 포 크 를 변 시키고 시간 변 에 라 용
존 존 농도를 다 존 주입량 체 량계를 통 여 조
고 주입량 10 ghr 이었다 pH는 5 7 9 가지 조건에 라
분 고 포 크 는 매크 버 경우 평균 3 mm 마이크 버
경우 평균 57 마이크 버 경우 평균 960 nm 이었
다 24 통 다 조 양 5 L 이었다
번째 실험 산 효 분 는 실험 COD 색도 살균에
여 분 다 COD 경우 체 를 1 mLL 농도 주입
고 색도 경우 잉크를 12 mLL 농도 주입 다 장균 경우
105 mL 농도 주입 다 pH 포 크 는 용존 존농도
실험과 같 조건 실험 다 COD 색도 경우 60 분 간
처리 며 시간별 농도를 고 장균 경우 5 분 간 처리
후 장균 농도를 다 실험 별 실험 조건 34 에 리
다
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 26 -
Factors
Set1 Set2 Set3 Set4
DissolvedOzone COD Color Disinfection
OzoneBubbleSize
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Macro
Micro
Sub-micron
Ozonedose 10gNm3
pH 579
Temperature 24
Watervolume 5L
ConditionsInjection20minLeaving40min
Soap 1mlLInjection60
min
Ink12mlLInjection60
min
EColiInjection5min
Table34Experimentsets
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 27 -
34 법
341 포크
매크 버 포 크 는 크 에 생 이미지를
후 상분 여 있다 본 연구에 는 diffuser 매
크 버 생시 에 속에 diffuser를 통해 생 는 매
크 버 이미지를 여 크 를 분 다
마이크 버 경우 크 가 미 여 구분이 힘들며
상분 법 역시 어 다 라 마이크 버 포크
해 Online Particle Counter (Chemtrac Model PC2400D USA)
를 이용 다 이 법 입자 미 포 거동 특 이 사
(Shulz 1984) 다는 이 어에 부 시작 었다 즉 PCM
Particle counter를 사용해 입자를 는 것과 마찬가지 포
를 샘 링 여 는 것이다 입자계 내 가 가
입 면 이 조사 여 포에 해 감 는 양 통해 포
크 가 추산 다 일 이용 는 상분 법과 여
도 시간이 매우 짧다는 장 이 있다 (Han et al 2002)
미 포 크 별 포 를 해 particle counter 내
8개 채 에 10 단 11 ~ 90 포 크 를
다 튜 에 생 있는 포 크 개 변 에
가능 소 해 가능 짧 이 직 튜 를 사용
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 28 -
고 샘 링 량 사용 particle counter 조사에
100 min 다 장 sensor 개요도는
Figure 32 같다
Figure33Schematicdiagram oftheparticlecountermethod
마이크 버 경우 On-line particle counter 계
를 벗어난다 라 미경보다 분해능이 뛰어난 공 주사
미경 사용 여 크 를 다 공 주사 미경 사양
35 같다
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 29 -
Model SP8XSTEDCompany LEICA
NameSuper-resolution Confocal
Microscope
Resolution 50nm
Table35SpecificationofConfocalMicroscope
매크 마이크 마이크 버 모습 분 법 평균 크
는 36 에 리 다
Macrobubble Microbubble Sub-micronbubble
Size
Analysis
Average
Size2mm 57 960nm
Table36Picturesofvarioussizebubbles
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 30 -
342 포 크 결과
매크 버 경우 산 사용 여 생시 다 산 통 여
생시킨 포 경우 산 pore size를 통 여 추 거나 생
포를 상 분 는 법이 있다 본 연구에 는 생 포를 사진
후 상분 여 포 크 를 다 결과 평균 지름
2 mm 포가 생 다
마이크 버 경우 에 명 것과 같이 입자 계 (online
particle counter)를 용 여 다 마이크 버 생시키고
그 입자계 에 통과시키면 미리 지 구간 입자를 게
다 마이크 버 크 범 는 20 에 90 사이 다 이 사
이 구간 10 간격 여 7 구간 마이크 버 입자
분포를 다 1 분 간격 에 20 분간 포를 생시 그
평균값 구 다 그 결과 분포는 37과 같 다 마이크 버
평균 지름 57 분 었다
Rangeof
diameter()20sim30 30sim40 40sim50 50sim60 60sim70 70sim80 80sim90
Numberof
bubble6625 10220 16747 21479 24605 26773 17301
Table37Sizedistributionofmicrobubble
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 31 -
마이크 버 경우 입자계 나 일 상 미경 찰
있는 계를 벗어났다 라 공 주사 미경 용 여 분
다(그림 34) 마이크 버 생시킨 찰 여 마
이크 버 찾 후 여러 개 크 평균 다 30 개
마이크 버 크 를 결과 평균 지름 약 960 nm 분
었다
Figure34Imageanalysisofsub-micronbubblediameter
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 32 -
343 용존 존 법
존 분 는 법 다양 법이 개 어 있다 인 법
자외부 도법 요 드법 소(Ⅲ)직 법 인 고법 등이 있다
(宗官 1989) 자외 도법 존이 255 nm 부근 크 는
고 스펙트럼 가지고 량 존농도에 다는 것 이
용 는 법이다 이 특 탕 LambertmiddotBeer법 에 여
농도를 산 다 자외부 도법 단 고 도가 높다
간 이고 연속 인 이 가능 다는 장 이 있다 지만 매우
용 이 닌 경우 다른 질에 해 간 쉽다 요 드법 랫
동 산 시약 량법 게 이용 고 있 며 요 드법도 여러 가
지 법 분 어 있다 소(Ⅲ)직 법 편차가 생 는
요 드법 개 여 개 었다 존 As(Ⅲ)
시키고 요 드용 는 법이다 인 고법
근 개 었다 존이 산 용 에 인 고트리슬폰산과 르게
여 탈색 는 질 이용 다 지만 과산 소 과산
존에 사 지연퇴색 여 해 다 본 연구에 는
요 드법 일종인 DPD(Diethyl-P-Phenylenediamine) 법 이용
여 다 용 에 DPD 시약 고 특 장에 도를
탕 용존 존 농도를 는 법이다
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 33 -
344 색도 법
자연 나 지 에 색 용존 믹 질 용 지 이며 부
분 사람들이 인식 있는 나 심미 인 특 이다 색 그 자체
가 상 도에 심미 인 를 야 뿐만 니라 염소처리
여 잠 해 울 있는 분 존재를 나타낸다 지
나 지 같 자연 색 주 천연 질에 인 다 나
산업폐 경우 색도 생 주요 원인 염료 색소 타닌과 같이 색상
는 질에 인 는 것 있다 색도는 는
이고 산업 인 면에 도 용 만들이 해 거 어야
다 색도 경우 염소처리 등 일 인 처리 법 처리가 힘들
에 존 용 고도산 법 등이 용 고 있다 색도를 객
여 다양 법이 개 었다 재 리 사용 고
있는 속 색도 법 는 색법과 분 색도 법이
있다 색법에 있어 용 부분 자연 색조 사 염산
에 6염 - 트 만들어지며 색 값 용
농도 주어진다 색법 시험자 에 존 에 값이
지 있다 부분 연구자들 낮 색도 경우
이 힘들다고 보고 고 있다 분 인 법 단일 장법과 다
장법 나 있다 단일 장법 주 390~456 nm 장에
색도를 며 간편 다는 장 이 있다 지만 단일 장법 다양
종 에 용 없 며 장에 라 값이 달라진다는 단 이 있
다 다 장법 장 여러 개에 뒤 이를 보 는 것
지만 복잡 고 여러 번 복해야 다는 단 이 있다( 조
2013) 본 연구에 는 450 nm 장에 도를 다
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 34 -
4 실험결과 고찰
41 용존 존 분
411 pH에 른 용존 존
pH가 5 7 9 인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간
며 용존 존 결과는 래 같다 Figure 41 매크 버
Figure 42는 마이크 버 Figure 43 마이크 버 pH에
른 용존 존이다
매크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9 에 라
각각 139 014 019 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH 5에
040이었고 pH 7 과 pH 9 에 는 40분이 지나 에 모 분해 었
다 pH 7 에 는 34분 후 분해 료 었고 pH 9 에 는 18분 후 분
해 료 었다 마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH
5 7 9 에 라 각각 198 126 064 ppm 이었 며 40분 후
농도는 pH 5에 095 이었고 pH 7 에 는 003 이었다 pH 9 에
는 격 게 농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
마이크 버 에 20분 존 주입 후 고 농도는 pH 5 7 9
에 라 각각 24 22 087 ppm 이었 며 40분 후 농도는 pH
5에 15 이었고 pH 7 에 는 007 이었다 pH 9 에 는 격 게
농도가 떨어 18분 후 분해 료 었다
가지 다른 크 포에 pH 에 른 용존 존 존 주
입 에는 pH 가 낮 농도가 격 게 높 고 존 주입
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 35 -
단 고 에는 농도가 일 떨어 다 이는 pH에
른 존 자가분해 이 있는 것(ABin 2001 T
Mizuno 2014) 단 다 용존 존 농도 pH 상 계는 본
실험 통 여 찾 있었다 산 능 에 많 향 끼 다고
진 OH Radical과 pH 그리고 포 크 에 실험이 행 다면
산 능 과 각 요소 간 상 계를 욱 히 있 것
이라고 단 다
Figure41DissolvedOzonebyMacrobubble
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 36 -
Figure42DissolvedOzonebyMicrobubble
Figure43DissolvedOzonebySub-micronbubble
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 37 -
412 존 포 크 에 른 용존 존농도
pH가 5 7 9인 에 존 20분 간 주입 후 40분 간 여
용존 존농도를 다 실험에 부분 경우 20 분 이상
존 주입 존농도가 일 게 지 었 에 주입 시
간 20 분 다 60분 실험 시간 2분 간격 용
존 존농도를 다 포 크 에 른 용존 존농도를 그림
44 45 46 에 나타내었다 시간 나타내는 가 축 20분 에
주입 과 후를 구분 다
Figure44DissolvedOzonebybubblesize(pH 5)
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 38 -
Figure45DissolvedOzonebybubblesize(pH 7)
Figure46DissolvedOzonebybubblesize(pH 9)
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 39 -
pH에 계없이 가지 포 크 를 마이크
버 주입했 용존 존 농도가 가장 높이 라갔다 pH 5일 경
우 모든 포 크 에 용존 존 농도는 격히 라갔 며 20분이
지 직 태 농도가 라갔다 20분 이후 존 주입이
단 고 존이 분해 에 용존 존 농도는 거 일 속도 감소
다 실험 시간 20분에 60분 사이 즉 감소 구간 감소폭
용존 존 농도 고 를 포 크 가 큰 감소
폭이 컸다 포 크 에 모 60분이 경과 지도 용존 존
농도가 었다
pH 7일 경우 pH 5일 달리 포 크 에 라 용존 존농도
고 값이 차이가 크게 났다 매크 버 존 주입
고 용존 존농도는 014 ppm 이었 며 pH 5일 고값 14
큰 차이가 났다 존 주입 단 후 존 pH 5일 는 달리
격 게 분해 고 매크 버 주입 경우 55분 이후 00 ppm
었 며 마이크 버 과 마이크 버 주입 경우
각각 003 007 ppm 다
pH 9일 경우 마이크 버 과 마이크 버 존 주입
용존 존 농도 값이 크게 증가 지 식 주입
용존 존 농도 값 차이가 다시 어들게 었다 이는 용존
존이 매우 격 게 분해 어 용존 존 지 인
것 단 다 20분간 주입 후 에 크 주입 경
우 모 용존 존 농도가 격 게 낮 40분 이후 는 용존 존
농도가 지 다
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 40 -
42 존 포 산 효
421 존 포 크 pH에 른 COD 거 효
4211 pH에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 47 48 49에 pH 차이에
른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞추었고
pH는 각각 5 7 9 조 며 23 조 여 지
다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
Rem
ova
l effic
iency
()
0
10
20
30
40
pH 5pH 7
pH 9
Figure47COD Removalefficiencybymacrobubble
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 41 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval effic
iency (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure48CODRemovalefficiencybymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
oval e
ffic
iency
(
)
pH 5pH 7pH 9
Figure49CODRemovalefficiencybysub-micronbubble
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 42 -
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
COD 거 각각 09 86 131 다 pH 5에 는 COD가 거
거가 지 다 이는 부분 존이 에 녹지 못 고
나가고 에 녹는 일부분 존도 분해가 거 이루어지지
산 를 못 시 인 것 단 다 pH 7과 pH 9 용
에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각 70
172 300 다 일 포 크 존 주입했 경우보다 거
효 이 크게 향상 었다 pH 7과 pH 9인 경우 거 효 도 차이가
일 포 주입했 보다 크게 나타났다
마이크 버 존 주입했 COD 거 각각
100 207 351 다 가지 크 버 존 주입했
모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높 처리효 이
높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 20분 시간에 거가
많이 었다 실험 통 여 pH 차이에 라 COD 거 효 이 달
라지는 것 인 고 이는 존 분해 속도 차이 인 것
단 다
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 43 -
4212 포 크 에 른 COD 거 효
본 실험에 는 에 체 를 녹인 후 60분 간 존 주입 여
COD 거 효 평가 다 Figure 410 411 412에 포 크
차이에 른 COD 거 효 나타내었다 COD는 150 맞
추었고 가지 크 포를 사용했 며 23 조 여
지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
BMBSMB
Time (min)
Rem
oval effic
iency
()
Figure410COD RemovalefficiencyatpH 5
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 44 -
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
()
BMBSMB
Figure411COD RemovalefficiencyatpH 7
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20
30
40
Time (min)
Rem
ova
l effic
iency
(
)
BMBSMB
Figure412COD RemovalefficiencyatpH 9
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 45 -
실험결과에 pH 5 조 COD 조 에 존 주입했
경우 60분 후 COD 거 포 크 가 큰 각각 09
70 101 다 매크 버 크 주입 경우 COD가 거 거
가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이 에
녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도 분해
가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단 다
마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 14 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 86 172 307 다 pH 5인 용 에 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거
효 이 각각 약 18 36 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 131 301 362 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 약간 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 12 28 도 다
모든 pH 조건에 거 효 포 크 가 작 높 다 이는
포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속에 래
보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많 인
것 단 다
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 46 -
422 존 포 크 처리 pH에 른 색도 거 효
4221 pH에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 413 414 415에 pH 차이에 른
색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장 도
12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크 포
를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bsorb
ance (
)
pH 5pH 7pH 9
Figure413Decreaseofabsorbancebymacrobubble
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 47 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100D
ecr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
Time (min)
pH 5pH 7pH 9
Figure414Decreaseofabsorbancebymicrobubble
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bso
rbance
(
)
pH 5pH 7
pH 9
Figure415Decreaseofabsorbancebysub-micronbubble
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 48 -
색도 거 실험 결과 처 거 검 색 며 리 커를
통 여 편이 보이지 만큼 짙 색 었다 지만 60분 간
존 주입 후 거 명 색에 가 워 다(그림 416)
실험결과에 일 포 크 존 주입했 경우 60분 후
색도 거 pH 5 7 9인 용 에 각각 67 710 701 다
pH 5에 는 색도가 거 거 지 다 이는 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 pH 7과 pH 9 용 에 는 거 효 이 크게 차이나지 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7 9인
용 에 각각 285 862 848 다 일 포 크 존 주
입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 pH 7인 용 에
처리 효 이 pH 9인 용 에 처리 효 보다 약간 높 다
마이크 버 존 주입했 색도 거 pH 5 7
9인 용 에 각각 362 912 937 다 가지 크 버
존 주입했 모 pH가 낮 처리효 도 낮 고 pH가 높
처리효 이 높 다 부분 경우에 존 주입 후 약 40분
시간에 거가 많이 었다 도는 COD에 여 거 효
상승이 시간에 라 만 울 를 보 다 pH가 5인 경우
pH가 7 9 인 경우 거 효 차이는 매우 컸지만 pH 7과 pH 9인
경우 거 효 차이는 결과가 나타나 도 는 등 매우
슷 게 나타났다
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 49 -
Figure 416 Removal of Color (pH 7 Microbubble)
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 50 -
4222 포 크 에 른 도 감소 효
본 실험에 는 에 잉크를 녹인 후 60분 간 존 주입 여 색도
거 효 평가 다 Figure 417 418 419에 버 크 차이
에 른 색도 거 효 나타내었다 색도는 450 nm 장
도 12 조 다 pH 5 7 9 조 용 에 가지 크
포를 사용했 며 23 조 여 지 다
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decre
ase
of A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure417DecreaseofabsorbanceatpH5
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 51 -
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease o
f A
bso
rbance
(
)
SMBMBB
Figure418DecreaseofabsorbanceatpH7
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
Time (min)
Decr
ease
of A
bsorb
ance
(
)
SMBMBB
Figure419DecreaseofabsorbanceatpH9
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 52 -
실험결과에 pH 5 조 잉크 조 에 존 주입했 경
우 60분 후 도 감소 포 크 가 큰 각각 67
285 362 다 매크 버 크 주입 경우 색도가 거
거가 지 다 이는 에 명 같이 부분 존이
에 녹지 못 고 나가고 에 녹는 일부분 존도
분해가 거 이루어지지 산 를 못 시 인 것 단
다 마이크 버 주입 경우 마이크 버 주입 경우에
해 거 효 이 약 13 도 다
pH 7인 용 에 존 주입했 도 감소 포 크 가
큰 각각 710 862 922 다 pH 5인 용 에 존
주입했 경우보다 거 효 이 크게 향상 었다 마이크 버
주입 경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해
거 효 이 각각 약 11 12 도 다
pH 9인 용 에 존 주입했 COD 거 포 크 가
큰 각각 701 848 937 다 pH 7인 용 에 존
주입했 경우 처리효 거 같 다 마이크 버 주입
경우 마이크 버 매크 버 주입 경우에 해 거 효
이 각각 약 11 12 도 다
모든 pH 조건에 도 감소 효 포 크 가 작 높
다 이는 포 크 가 작 질 달 효 이 높고 포가 용 속
에 래 보존 어 포 속 존이 에 용해 있는 회가 많
인 것 단 다
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 53 -
4223 공 포 존 포
존 포 산 인 여 공 포를 잉크를 녹인
에 주입 여 실험 행했다 존 포를 주입 것과 같 법
실험 고 포 원료 체만 존 신 공 를 사용 다 공
포 크 도 가지 크 를 사용 다 실험 결과 공 포를
주입 매크 버 마이크 버 마이크 버 모든 크
에 도 감소 3 미만이었 며 도 감소 에 미
차이가 없었다 본 실험 통 여 존 포 산 인 있
었다
Time (min)0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100Ozone SMB
Ozone MB
Ozone B
Air SMB
Air MBAir B
Decre
ase o
f A
bsorb
ance (
)
Figure420DecreaseofabsorbancebyairandozonegasatpH7
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 54 -
5 결
본 연구에 는 다양 존 포 크 pH 에 여 용존 존 농
도 산 효 분 다 이를 통 여 마이크 버 주입
존 용해 산 에 자료를 마 다 존 산 에
분 산 공 계 운 에 용 있 것 다
1 포 크 pH 에 른 용존 존 농도 분
- 매크 버 마이크 버 마이크 버 가지 포 크 에
모 pH 가 낮 용존 존이 높이 라갔 며 래 지속 었다 pH
가 높 는 그 결과가 나 다 이는 소 이 농도가 존 분해
에 향 미 이다 포 크 가 작 용존 존 르게 증가
는데 이는 질 달 효 이 높 인 것 단 다
2 포 크 pH 에 른 COD 거 효 분
- pH 가 5일 경우 COD 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크
게 낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical
농도가 낮 인 것 단 다 pH 9인 경우 pH 7인 경우에
해 모든 포 크 에 처리 효 이 높 다 pH 5 7 9 일 모 포
크 가 작 COD 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작
질 달 효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높
과 했 인 것 단 다
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 55 -
3 포 크 pH 에 른 색도 거 효 분
- pH 가 5일 경우 색도 거 효 pH 가 7 과 9인 경우에 해 크게
낮 다 이는 pH 5일 존 분해가 거 일어나지 OH Radical 농
도가 낮 인 것 단 다 pH 5 7 9 일 모 포 크 가
작 색도 거 효 이 높 다 이는 포 크 가 작 질 달
효 이 높 용존 존 OH Radical 농도가 높 과
했 인 것 단 다
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 56 -
6 참고 헌
A K Bin B Duczmal P Machniewski (2001)
ldquoHydrodynamics and ozone mass transfer in a tall bubble
columnrdquo Chemical Engineering Science 56 6233ndash6240
Byoung Ho Lee Won Chul Song Biswaranjan Manna Jong Kyu
Ha (2008) ldquo Dissolved ozone flotation (DOF) mdash a promising
technology in municipal wastewater treatmentrdquo Desalination
225 260ndash273
Chedly Tizaoui Naser Grima (2011) ldquoKinetics of the ozone
oxidation of Reactive Orange 16 azo-dye in aqueous
solutionrdquo Chemical Engineering Journal 173 463-473
Han MY (2001) ldquoModeling of DAF the effect of particle and
bubble characteristicsrdquo Journal of Water Supply Research
and Technology-AQUA 51(1) 27-34
Han MY et al (2001) ldquoDevelopment of measuring bubble size
in flotation process using on-line particle counter Journal of
KSWW 15(6) 559-565
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 57 -
John A Roth Daniel E Sullivan (1981) ldquoSolubility of Ozone in
Waterrdquo IndEngChemFundam 29 137-140
JoseacuteL Sotelo et al (1987) ldquoOzone Decomposition in Water
Kinetic Studyrdquo IndEngChemRes 26 39-43
JLSotelo et al (1989) ldquoHenryrsquos law constant for the ozone
water systemrdquo WatRes Vol23 No10 1239-1246
Li-Bing Chu et al (2007) ldquoEnhanced ozonation of simulated
dyestuff wastewater by microbubblesrdquo Chemosphere 68
1854-1860
Marco SLucas et al (2010) ldquoTreatment of winery wastewater
by ozone-based advanced oxidation processes (O3 O3UV
and O3UVH2O2) in a pilot-scale bubble column reactor and
process economicsrdquo Separation and Purification Technology
72 235ndash241
Michael S Elovitz et al (2000) ldquoHydroxyl RadicalOzone Ratios
During Ozonation Processes II The Effect of Temperature
pH Alkalinity and DOM Propertiesrdquo Ozone
ScienceampEngineering The Journal of the International Ozone
Association 222 123-150
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 58 -
Pierre Mandel et al (2014) ldquoLarge-Scale Experimental
Validation of a Model for the Kinetics of Ozone and Hydroxyl
Radicals with Natural Organic Matterrdquo Ozone Science amp
Engineering The Journalof the International Ozone
Association 361 73-85
Smriti Tripathi et al (2011)ldquoApplication of ozone based
treatments of secondary effluentsrdquo Bioresource Technology
102 2481ndash2486
Tadao Mizuno Hiroshi Tsuno amp Harumi Yamada (2007)
ldquoDevelopment of Ozone Self-Decomposition Model for
Engineering Designrdquo Ozone Science amp Engineering The
Journal of the International Ozone Association 291 55-63
宗官 et al 강 원 외 공역 (1989) ldquo 존 이용 처리 rdquo동
송 근 (2014) ldquoDAF Splitter type bubble generator 구조 개
통 효 향상과 Scale up에 연구rdquo 울 사 논
이병 외 (2005) ldquoDOF(Dissolved Ozone Flotation) 이용 폐
살균 고도처리 개 rdquo 경부
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 59 -
조 조범 송만식 이종규 (2013) ldquo색도 법
합 평가rdquo 경공 회지 35권 6 442-448
식 (2014) ldquoHigh loading rate DAF 공 이용 양식장 출
처리 효 증 rdquo 울 사 논
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 60 -
Abstract
Ozone is utilized in various field of treatment processes like
wastewater soil sterilizing because of its high oxidation
potential Existing ozone injection method like using diffuser have
problems of low efficiency or high ozone off-gas
Ozone injection by microbubble is receiving attention because
smaller bubble can make high efficiency of mass transfer
Several studies about properties and lab-scale experiments by
ozone microbubble have been conducted Sub-micron bubble is
much smalleer than microbubble Three different diameter(2 mm
57 μm 960 nm) ozone bubble at three different pH(5 7 9) are
studied
1 Three different diameter ozone bubble injected 20 minutes
in three different pH water Then water is leaved 40 minutes
Dissolved ozone concentration is measured during 60 minutes
When injecting dissolved ozone concentration increase faster and
higher in pH 9 and slower and lower in pH 5 When leaved
dissolved ozone concentration decrease slower in pH 9 and
faster in pH 5 This results are all same in three kinds of
bubble In bubble diameter point of view smaller bubble make
high dissolved ozone concentration and dissolved ozone
concentration lasting longer in smaller bubble experiment
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-
- 61 -
2 Liquid soap poured in water and made COD 150 water Like
previous experiments three kinds of bubble injected in three pH
soapy water Ozone bubble injected 60 minutes and removal of
COD is analyzed Removal efficiency was smallest when injected
by macrobubble in pH 5 solution 09 When injected by
sub-micron bubble in pH 9 solution removal efficiency was
highest 362 Higher pH and smaller bubble size make higher
oxidation efficiency
3 Black ink poured in water and made absorbance at 450 nm
12 Ozone bubble injected 60 minutes and decrease of
absorbance(removal of color) is analyzed Removal efficiency
was smallest when injected by macrobubble in pH 5 solution 5
When injected by sub-micron bubble in pH 9 solution
removal efficiency was highest 94 Higher pH and smaller
bubble size make higher oxidation efficiency
In this study three diameters of bubble including sub-micron
size is used for injecting ozone gas Basic properties of mass
transfer and oxidation by ozone bubble is studied and this
results can be utilized in various processes using ozone
Keyword Ozone Ozone oxidation Microbubble Sub-micron
bubble Ozone bubble Ozone mass transfer
Student Number 2012-23251
- 1 서론
-
- 11 연구의 배경
- 12 연구의 목적
-
- 2 문헌고찰 및 이론적 배경
-
- 21 오존의 특성
- 21 오존 처리 공정
-
- 221 오존처리효과
- 222 고도산화공정
- 223 오존산화의 원리
-
- 23 미세기포 발생장치 및 원리
-
- 231 기포의 크기
- 232 기포 크기 제어 방법
- 233 기포 크기 측정 방법
-
- 3 실험 장치 및 방법
-
- 31 오존발생장치
- 32 기포발생장치
- 33 실험 조건
- 34 측정 방법
-
- 341 기포의 크기
- 342 기포 크기 측정 결과
- 343 용존 오존농도
- 344 색도
-
- 4 실험결과 및 고찰
-
- 41 용존 오존농도의 분석
-
- 411 pH에 따른 용존 오존농도
- 412 오존기포의 크기에 따른 용존 오존농도
-
- 42 오존기포의 산화 효율
-
- 421 오존기포의 크기 및 pH에 따른 COD 제거 효율
-
- 4211 pH에 따른 COD 제거 효율
- 4212 기포 크기에 따른 COD 제거 효율
-
- 422 오존기포의 크기 및 처리수 pH에 따른 색도 제거 효율
-
- 4221 pH에 따른 색도 제거 효율
- 4222 기포 크기에 따른 색도 제거 효율
- 4223 공기 기포와 오존 기포와의 비교
-
- 5 결론
- 6 참고문헌
-