산업용 원유성 폐수처리에 고도산화공정 적용

Oct 18, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3420(2023) 이 기사 인용

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광촉매 산화 공정을 통한 고급 산화 공정은 모의 유성 폐수 처리의 유망한 기술 중 하나로 본 연구에서 입증되었습니다. 유성 폐수의 광촉매 분해 속도에 영향을 미치는 초기 오일 농도, 촉매 주입량, 교반 속도(rpm), pH 값 및 과산화수소(H2O2) 주입량과 같은 여러 가지 유효 요인을 조사했습니다. 이번 연구에 사용된 촉매는 이산화티타늄(TiO2)이다. 유화제를 사용하여 물에 대한 오일의 용해도를 높였습니다. 결과에 따르면 광촉매 산화 공정은 초기 오일 농도 1g/L, 850rpm, pH 8, H2O2 3mL 및 1.5g/L의 최적 작동 매개변수에서 유성 폐수에서 오일 제거율이 98.43%에 도달하는 것으로 나타났습니다. 조사 시간 40분 후 TiO2. 분해 반응은 상관계수(R2)가 93.7%인 1차 동역학을 따릅니다. 궁극적으로 Asuit Petrochemical Company가 공급하는 Red See의 Ras Shukair 유출수에서 수집된 산업 유성 폐수에 대해 이러한 최적의 작동 매개변수에서 광촉매 산화 공정을 적용하는 작업이 이집트에서 수행되었습니다. 결과는 H2O2를 첨가하지 않은 것과 비교하여 40분의 반응 시간에 3mL의 H2O2를 첨가한 후에 최고의 오일 제거(99%)가 달성되었음을 보여주었습니다.

최근 가정 부문1, 농업 부문2, 도시 부문3 수준에서 인간 활동이 증가하여 폐수 처리 시설의 유기 오염물질이 증가하고 이로 인해 안전 및 환경 기준을 충족하지 못하는 수역으로의 배출이 발생합니다. 위험으로 인해 기름으로 오염된 폐수는 실제로 환경에 해를 끼칠 수 있습니다. 늘어나는 자동차 수를 처리하기 위해 더 많은 주유소가 필요해짐에 따라 이러한 시설에서 배출되는 디젤/경유 오염 배출물의 비율도 증가했습니다. 디젤이나 경유를 사용하는 사람은 피부와 눈에 자극을 줄 수 있지만 추가적인 영향은 잘 연구되지 않았습니다4. 디젤은 인간에게 암을 유발할 가능성이 있고 인간의 건강에 해로운 PAH(다환 방향족 탄화수소)를 함유하고 있기 때문에 독성 물질입니다5. 유성 폐수를 지표수 ​​또는 하수 시스템으로 유출하기 위해 표준 및 규정이 만들어졌습니다. 이러한 법률은 국가마다 다를 수 있으며 심지어 한 국가 내에서도 다를 수 있습니다.

폐수 처리의 필요성은 미량 폐수 배출의 세계적인 증가, 분출에 대한 엄격한 통제, 처리된 폐수 재사용에 대한 지속적인 추진에 의해 결정됩니다. 원활한 폐수를 위한 처리 방법의 선택은 폐수 구성, 행정 문제, 가격, 처리 효율성 및 폐수 최종 용도를 포함한 요소의 영향을 받습니다6. 유성 폐수 처리를 위한 기존 기술에는 용존 공기 부양, 유화, 화학적 응고, 중력 분리, 응집, 침전 및 생물학적 처리가 포함됩니다7. 그러나 이러한 방법은 긴 정착 시간과 넓은 토지 공간이 필요하며 심각한 슬러지 처리 문제를 수반합니다8. 생성된 슬러지는 나노입자를 첨가하여 슬러지에서 바이오가스를 생산하는 등 새로운 방법으로 처리해야 하므로9, 천연수의 수질과 깨끗한 물 부족에 따라 저렴한 폐수 처리 및 기술 개발이 필요합니다.

그러나 유성 폐수의 유기물 함량이 복잡하기 때문에 유출에 필요한 제한을 충족하기 위해 단일 방법이나 절차를 통합하는 것은 어렵습니다. 이와 관련하여 연구자들은 성공적인 치료 전략을 만들기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다. 기름으로 오염된 폐수를 처리하기 위해 전통적인 처리 방법의 대안인 고급 산화 공정(AOP)이 연구되었습니다. 수산기 라디칼(HO·), 황산 라디칼, O2-·, H2O2 및 O3와 같은 반응성이 높은 중간체는 AOP에 사용되어 산화 공정10에 의해 폐수의 유기 오염물질을 손상시키고 광물화합니다. 이러한 산소 형태는 촉매 표면에 부착된 화합물의 산화 및 환원을 담당합니다. UV 기반 라디칼 AOP 처리 공정의 주요 주요 메커니즘은 자외선을 사용하여 과산화수소(H2O2)의 직접적인 광분해, 광펜톤 반응 또는 이종 광촉매 작용을 통해 수산기 라디칼의 생성을 시작하는 것입니다. 먹는물 처리 및 물 재이용 시설에 대한 기술을 확립하고 출시하였습니다. 또한, 환경 분야의 과학자 및 연구자들은 전기화학적 처리, 전자빔 활용, 플라즈마, 마이크로파, 초음파 등과 관련된 AOP를 포함하여 다양한 AOP를 지속적으로 연구하고 있습니다. 이러한 공정에는 반응을 향상시키기 위해 UV 광에 의해 포함될 수 있는 균질 및 이종 공정이 포함됩니다. 이 UV 광은 자연 태양광이나 시뮬레이션된 인공 램프 광원에서 공급될 수 있습니다. Fenton 시약, H2O2 및 오존과 같은 균질 공정과 TiO2, Fe2O3, CdS, GaP, ZnS 및 ZnO11과 같은 반도체를 사용하는 이종 광촉매 작용이 있습니다.