펜톤산화 처리공법의 개요 - 고도산화법(AOP, Advanced Oxidation Process)

H&K Environment의 K 작성

 

 

 

1. 개요

- AOP 산화법이란 OH라디칼을 중간생성물질로 생성하여 수중 오염물질인 유기물을 산화처리하는 방법

- 오존에 pH를 조절하거나 과산화수소, UV에너지 등을 첨가하여 산화력을 증대시키는 방법

- 기존 산화제인 염소, 이산화 염소, 과망간산칼륨, 오종보다 월등히 강한 산화력으로 고분자/난분해성 오염물질을 용이하게 산화분해 가능

- 오존을 함유하는 물에 자외선의 조사로 해결되므로 운전의 용이성 및 저렴한 유지관리비 등의 장점이 있음

- AOP의 적용 분야

① 난분해성 유기물의 분해, 농약 등의 미량성분 분해

② 페놀류, 톨루엔, 벤젠 등의 분해

③ 철, 망간, 시안 제거

④ 질산성 질소 및 암모니아성 질소 제거

⑤ 맛, 냄새의 유발물질 제거

⑥ 녹조류 제거

 

2. 펜톤(Fenton)산화

1) 적용가능 분야

- 염료, 염색, 화학 공업폐수의 처리를 위하여 생물학적 처리를 위한 전처리 공정

- 생물학적 처리 후에 처리수 중에 잔류한 난분해성 COD 성분 제거가능

 

2) 펜톤 산화반응

- 반응기구 : 펜톤 산화반응은 OH 라디칼에 의한 산화반응으로 과산화수소는 철의 존재하에 결합이 파괴되어 라디칼이 생성되므로 활성화되어 여러 물질을 산화 분해함 (철이 촉매로 작용하는 금속기반의 산화공정, 철/과산화수소수의 비율이 운전에서 매우 중요함 )

 

- 특징

① 펜톤 산화법은 많은 유기물, 특히 라디칼이 공격할 수 있는 불포화탄화수소 산화

② 이 처리법은 COD는 감소되지만 BOD는 감소되지 않고 증가하는 Case가 있음. 이는 난분해성 유기물이 과산화수소에 의해 부분 산화되어 생분해성 물질로 바뀌기 때문임

③ 철염을 이용하므로 수산화철의 슬러지가 다량 생성될 수 있음

④ 철이온이 착물을 생성할 수 있음

⑤ 펜톤산화의 최적반응 pH는 3~4.5이며, 따라서, 산성폐수에 효과적이나 알칼리성 폐수에는 pH 조절제의 사용량이 많아 비경제적임 (pH 4이상이 되면 철염이 침전된다.)

⑥ 초기 pH가 맞지 않으면 제거효율이 현저히 떨어짐

- 처리공정의 흐름 : 펜톤시약을 이용하여 난분해성 유기물을 처리하는 과정은 대체로 산화반응과 함께 pH조절, 펜톤산화, 중화 및 응집, 침전으로 크게 4단계로 나눌 수 있다. pH 조정은 반응조에 과산화수소와 철염을 가한 후 조절하는 것이 효과적이며, 과산화수소수는 철염이 과량으로 존재할 때 조금씩 단계적으로 첨가하는 것이 효과적임

⑦ 과산화수소수가 상대적으로 가격이 높고, 중화단계에서 철에의한 다량의 슬러지가 발생하는 것이 단점

→ 이러한 문제를 해결하기 위해서 UV 산화 공정법과 연계하여 공정을 구성하기도 한다. (photo – Fenton Process) 또한, electrochemical processes (electro-Fenton process), ultrasound (sono-Fenton process) 공정과도 연계하기도 한다.

 

- Electro – Fenton Process : 산성 조건에서 전자에 의해 산소와 수소가 결합하여 과산화수소가 생성되며, 전자감소를 통해서 2가 철이온이 급격히 생성되고, 슬러지가 발생하지 않으며, 물의 물산화를 통한 pH 안정화가 이루어진다.

 

- Sono-Fenton(초음파) Process : 하기와 같이 추가적인 라디칼 반응이 일어난다.

 

- Photo-Fenton Process : UV light irradiation(발광)을 통해 물 및 H2O2의 광분해를 통한 추가적인 라디칼 작용으로 Fenton Process 효율을 증가시킬 수 있고, 2가 철이온의 생성을 향상할 수 있다.

 

(A) The mechanism of heterogeneous photo-Fenton degradation of malachite green on Fe2O3 nanostructure. Reprinted with permission from the ref. [115], copyright © 2017 Elsevier; (B) Rhodamine B degradation mechanism of magnetite induced heterogeneous electro-Fenton process, Reprinted from ref. [107], with permission from The Royal Society of Chemistry.

 

3. 분해기작

① 시안처리

 

② 황화합물 분해

 

③ 포름알데히드 분해

 

[참고문헌]

1) 수질환경기사/산업기사, 성안당, 이승원, 2015

2) Ahmad Saud Masood, ... Afzal Husain Khan, in, The Treatment of Pharmaceutical Wastewater, 2023

3) Soliu O. Ganiyu, ... Mehmet A. Oturan, in, Advanced Materials for Sustainable Environmental Remediation, 2022

4) Amruta Morone, ... Sanjay P. Kamble, in, Pharmaceuticals and Personal Care Products: Waste Management and Treatment Technology, 2019

5) Harkirat Kaur, ... Amit Kumar Bansiwal, in Pharmaceuticals and Personal Care Products: Waste Management and Treatment Technology, 2019

 

 

* 오래된 공정으로 논문이나, 서적에 많이 공개 되어있으니 상세내용은 다양한 자료를 참조 부탁드립니다. ^^

현업에서 많이 사용하는지는 업체 규모별로 업종별로 다른것 같습니다.

응집제가 점점 잘 개발되어서 공정 선택의 폭이 넓은 것 같습니다.^^

 

내용이 유익했다면 구독과 좋아요 부탁드립니다.