[수질오염방지기술] 고도산화법 정리

- 전기화학적 산화에서 전기화학적 반응의 원리는 일반적으로 전극의 표면에 흡착된 OH radical과 오염물질 사이의 전자전달반응에 의해 분해되는 직접양극산화와 전기화학적 반응에 의해 생성된 강한 산화제와의 벌크 영역에서 물질전달반응에 의해 분해되는 간접산화공정으로 구분된다.



전기화학적 산화, Electrochemical Oxidation 반응에 이 써서 전극반응의 원리는 다음과 같다.



1. 벌크 용액으로부터 전극 표면으로 전극 활성입자의 이동, transport

2. 전극 활성입자는 전극의 표면에 흡착, adsorption

3. 전극과 반응물 사이에는 전자전달이 일어난다. 

4. 반응된 입자는 탈착이 되거나 화학적 반응에 참여하거나 전착이 된다.

5. 생성물은 전극 표면으로부터 벌크영역으로 물질이동이 일어난다.



- 전기투석에서는 양쪽의 양극과 음극 사이에 여러 개의 양이온막과 음이온막이 온재하는 데 양이온막에 전류를 흘러 보내면 양이온을 막고 음이온만을 통과시키고 음이온은 음이온을 막고 양이온막을 통과시켜서 양쪽으로 농축한다.



전기투석에서 전류를 통과시키기 위한 전기투석실의 용량은 유입수의 노르말 농도와 전류밀도에 관계된다. 전류밀도는 전류를 막의 넓이로 나눈 것으로 정의된다. 전류밀도/노르말 농도의 비가 너무 낮다면 근처에 낮은 이온농도지역이 유발되어 편극이 일어나게 된다. 이로 인하여 높은 전기저항이 발생하기 때문에 막대한 전력이 소비되므로 이러한 현상을 피해야 한다. 



일단 전기저항과 전류값을 알면 전압요구량은 계산되기 때문에 V=IR, 필요한 전력 P= V*I= RI2로 나타낼 수 있다.



- 오존을 이용하여 산화하는 방법으로는 암모니아, 염류, 불화물, 염화물은 산화시키지 못한다.



- 고급산화공정, AOP, Advanced Oxidation Process는 OH 라디칼을 중간생성물질로 생성하여 폐수 중 오염물질, 즉 유기물질을 산화시키는 방법이다. 고급산화공정은 기존에 오존을 단독으로 사용하였을 때 발생하는 단점을 보완시키는 방법으로 연구되었다. 오존은 강한 산화력을 가지고 있음에도 불구하고 유기물질과의 반응이 느리거나 선택적으로 반응하는 결점이 있다. 오존의 분해과정에서 발생하는 OH 라디칼은 폐수처리에 중요한 역할을 하며, 이러한 OH 라디칼의 생성반응을 촉진시키고 농도를 높이는 것은 고급산화공정의 적용에 있어서 대단히 중요하다. 고급산화공정의 종류로는 오존, 과산화수소, 자외선을 조합한 O3/High PH, O3/H2 O2, O3/UV, H2 O2/UV 등이 있다.



- 광촉매산화, Photo Catalytic Oxidation은 300~400nm 파장의 자외선이 조사된 이산화티타늄 TiO2 반도체 표면에서 생성된 강력한 산화제인 OH 라디칼을 유기물의 분해에 이용하는 방법이다. 광촉매인 TiO2 표면에 띠간격 에너지, band gap energy 보다 큰 에너지, 즉 380nm 이상의 자외선을 쪼이면 가전자대에 있는 전자는 전도대로 전이되고, 가전대에는 광화학반응을 일으켜서 정공, Positive hole이 발생한다. 이렇게 생긴 전자와 정공은 광촉매의 표면으로 이동한다.

TiO2 표면에서 생성된 정공이 H2O, OH-와 환원반응을 하여 OH 라디칼을 생성한다. 



- 습식산화법의 촉매에는 Cu, Fe 등과 같은 균일계 촉매가 효과적이다.

습식산화공정의 개선된 방법으로 초임계 유체분해법이 있다. Supercritical water oxidation은 PCB, Dioxin 등 각종 유해화학물질을 안전하게 처리하기 위한 신기술로 주목을 받고 있다. 초임계수산화법은 오염물질이 존재하는 물 자체를 액상으로 유지하는 대신에 물을 임계점(374도, 218 기압) 이상으로 조정하고 산소 또는 공기와 같은 산화제의 존재 하에서 처리하여야 할 대상오염물질을 산화하는 방법이다. 기본적으로 습식산화공정과 비슷하나 물의 임계점보다 낮은 온도와 압력의 반응조건인 습식산화와 비교하면 유기물의 분해율이 높고 반응속도가 매우 빠른 장점이 있다. 일반적으로 400~500도 정도의 아주 높은 온도범위에서 운전이 되고 체류시간은 1~5분 정도로 아주 짧은 특징을 가지고 있다.