Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회)
권호 표지

Effects of Operating Parameters on Dissolved Ozone and Phenol Degradation in Ozone Contact Reactor

오존 접촉 반응기의 용존 오존 농도 및 페놀 분해에 미치는 운전변수의 영향

  • Chung, Jae-Woo (Department of Environmental Engineering, Jinju National University) ;
  • Park, Jeong-Wook (Department of Environmental Protection, Sancheong-gun) ;
  • Lee, Chun-Sik (Department of Environmental Engineering, Jinju National University)
  • 정재우 (진주산업대학교 환경공학과) ;
  • 박정욱 (산청군 환경보호과) ;
  • 이춘식 (진주산업대학교 환경공학과)
  • Received : 2009.12.19
  • Accepted : 2010.02.18
  • Published : 2010.03.31
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Abstract

The Effects of operating parameters such as initial pH, gaseous ozone concentration, supplied gas flow rate on dissolved ozone concentration and phenol degradation in ozone contact reactor were investigated. Dissolved ozone concentrations were saturated to constant values after a certain ozone contact time. The saturation values were influenced by experimental parameters. Dissolved ozone concentration decreased with the increase of initial pH because the ozone is unstable in high pH regions. The gaseous ozone concentration in a constant gas supply affected the saturation concentration of dissolved ozone and the injection rate of gas with a constant ozone concentration determined the rate to reach dissolved ozone saturation. Effects of operating parameters on phenol degradation were closely related with those of parameters on dissolved ozone concentration. Phenol degradation was enhanced by the increase of initial pH, because the degradation of dissolved ozone gave birth to free radicals which have much higher reactivity with phenol. Increase of gaseous ozone concentration and gas flow rate promoted the phenol degradation through the generation of dissolved ozone which plays the role in phenol degradation. The injection of methanol deteriorated the phenol degradation through the scavenging effect on OH radicals.

오존 접촉 반응기에서 용존 오존 농도 및 페놀 제거에 미치는 운전변수의 영향에 대해 실험실 규모 실험을 수행하였다. 반응기로 가스상 오존이 공급되고 일정한 시간이 경과한 후에 용존 오존 농도는 포화 농도에 도달하였으며 포화 농도의 크기는 운전 변수에 의해 영향을 받는 것으로 나타났다. 수용액내의 오존은 높은 pH 조건에서 불안정하므로 용존 오존 농도는 용액의 초기 pH값이 증가함에 따라 감소하였다. 일정한 유량의 기체가 반응기로 공급되는 조건에서 가스상 오존 농도의 크기는 용존 오존의 포화농도에 중요한 영향을 미치며 일정한 농도의 가스상 오존이 공급될 때 가스 유량은 용존 오존이 포화되는 속도에 영향을 주는 것으로 관찰되었다. 페놀 제거에 미치는 운전변수의 영향은 각 운전변수가 용존 오존 농도에 미치는 영향과 밀접하게 관련되어 있는 것으로 나타났다. 용존 오존은 높은 pH 조건에서 빠르게 분해되어 페놀과의 반응성이 높은 자유라디칼을 생성시키므로 pH가 증가함에 따라 페놀 제거가 향상되었다. 동일한 pH 조건에서 가스상 오존 농도 및 가스 공급량의 증가는 용존 오존을 증가시킴으로써 페놀 분해를 증진시키는 것으로 나타났다. 메탄올의 주입은 OH 라디칼을 소비시켜 페놀 분해를 방해하는 것으로 관찰되었다.

Keywords

References

  1. 윤제용, 염철민, 박훈수, "국내 정수처리공정에서 오존 공정 시설의 현황과 특성," 상하수도학회지, 16, 279-292(2001).
  2. G. Busca, S. Berardinelli, C. Resini and L. Arrighi, "Technologies for the removal of phenol from fluid streams: A short review of recent developments," J. Hazard. Mater., 160, 265-288(2008). https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.03.045
  3. 이규훈, 정대영, 박태주, "석유화학공장 방류수내 난분해성 유기물의 Fenton 산화처리," 한국환경과학회지, 5(1), 51-59(1996).
  4. 목영선, 조진오, 김석태, 정우태, 강덕원, 이병호, 김진길, "펜톤 시스템에서의 과산화수소분해연구," 대한환경공학회지, 29(1), 68-73(2007).
  5. 서혜민, 조순행, 하동윤, "UV/$H_{2}O_{2}$, UV/$TiO_{2}$/$H_{2}O_{2}$, Photo-Fenton 산화방법에 의한 Citric Acid의 분해효율 비교," 대환환경공학회지, 28(4), 429-437(2006).
  6. 이병천, 이순화, 이철희, "오존산화 공정에서 염색폐수가 혼합된 하수의 색도 제거 및 분포특성 연구," 대한환경공학회지, 29(10), 1085-1092(2007).
  7. M. A. Malik, A. Ghaffar and S. A. Malik, "Water purification by electrical discharges," Plasma Sources Sci. Technol., 10, 82-91(2001). https://doi.org/10.1088/0963-0252/10/1/311
  8. U. Kogelschatz, "Ozone Generation and Dust Collection," Electrical Discharges for Environmental Purposes, edited by E. M. Van Veldhuizen, pp. 315-344(1999).
  9. A. G. Hill and R. G. Rice, "Historical Backgroud, Properties and Applications," Handbook of Ozone Technology and Applications, edited by R. G. Rice and A. Netzer, pp. 1-37(1982).
  10. B. Eliasson and U. Kogelschatz, "Nonequilibrium volume plasma chemical processing," IEEE Trans. Plamsa Sci., 19(16), 1063-1077(1991). https://doi.org/10.1109/27.125031
  11. J. Staehelln and J. Hoigne, "Decomposition of ozone in water in the presence of organic solutes acting as promoters and inhibitors of radical chain reactions", Environ, Sci. Technol., 19(12), 1206-1213(1985). https://doi.org/10.1021/es00142a012
  12. C. G. Hewes and R. P. Davison, "Kinetics of ozone decomposition and reaction with organics in water," AICHE J., 17(1), 141-147(1971). https://doi.org/10.1002/aic.690170129
  13. J. Hoigne, "Mechanisms, Rates and Selectivities of Oxidations of Organic Compounds Initiated by Ozonation of Water," Handbook of Ozone Technology and Applications, edited by R. G. Rice and A. Netzer, pp. 341-379(1982).
  14. M. S. Elovitz and U. Gunten, "Hydroxyl Radical/ Ozone Ratios During Ozonation Processes. Ι. The $R_{ct}$ Concept, Ozone," Science & Engineering, 11, 239-260(1999).
  15. H. Bader and J. Hoigne, "Determination of Ozone in Water by the Indigo Method," Water Res., 15, 449-456(1981). https://doi.org/10.1016/0043-1354(81)90054-3
  16. 4500-$O_{3}$ Ozone(Residual), 18th edition of Standard Methods, edited by A. E. Greenberg, L. S. Clesceri and A. D. Eaton, 4-105(1992).
  17. J. Hoigne and H. Bader, "Rate constants of reactions of ozone with organic and inorganic compounds in water-I, Nondissociating organic compounds," Water Res., 17, 173-183 (1983). https://doi.org/10.1016/0043-1354(83)90098-2
  18. J. Hoigne and H. Bader, "Rate constants of reactions of ozone with organic and inorganic compounds in water-II, Dissociating organic compounds," Water Res., 17, 185-190(1983). https://doi.org/10.1016/0043-1354(83)90099-4
  19. G. V. Buxton, C. L. Greenstock, W. P. Helman and A. B. Ross, "Critical Review of Rate Constants for Reactions of Hydrated Electrons, Hydrogen Atoms and Hydroxyl Radicals$({\cdot}OH/{\cdot}O^{-})$ in Aqueous Solution," J. Phys. Chem. Data, 17(2), 51388(1988).