용존 알루미늄염은 자외선 투과에 영향을 주지 않지만, 물속에 존재하는 철은 자외선을 직접 흡수하여 슬리브를 막고 현탁성 고형물 및 박테리아 군집에 흡착되어서는 막을 보호하게 되므로 자외선 저항의 증가원인은 철이온의 농도와 직접 관련이 있다.
자외선의 양=강도×노출시간이므로 강도를 감소시키기 위해서는 체류시간과 램프의 수를 증가시킴으로써 보정이 가능하다.
총 현탁성 고형물(Total Suspended Solids : TSS)
TSS는 자외선 소독을 직접적으로 방해하며, 다음 그림에서 입자들이 자외선을 흡수 및 산란시켜서 자외선의 강도를 감소시키는 것을 나타낸다.
미생물은 입자들에 의해 둘러싸여 있으므로 자외선 및 다른 소독제(chemical disinfectants)로부터 보호되며, 입자들에 의한 보호는 입자수, 입도분포, 농도 및 화학물질의 소비와 관련이 있으므로 폐수내 자외선의 요구량을 증가시킨다.
입도분포(Particle Size Distribution : PSD)
방류수내 입도분포 측정은 여지(filter)와 침전지의 기능을 나타내는데 이용되며, 자크기는 폐수 공정의 형태와 관련이 있고, 다음표에 자외선 요구량에 대한 큰 입자크기의 영향에 대해서 설명하고 있다.
불활성 동력학 자외선의 양
전형적인 박테리아의 불활성 대 자외선 양에 대한 곡선은 저농도에서 1차 반응속도를 나타내며, 입자들이 존재할 경우 자외선의 농도는 높아지게 되므로 상향류 흐름 공정을 선택할 경우 자외선의 양을 감소시킬 뿐만 아니라 한계 소독효과도 볼 수 있다.
다음그림에 입자들에 의한 방해로 자외선의 양이 고농도로 요구됨을 나타내고 있으며, 이러한 TSS의 농도, 입자크기 및 수를 감소시키기 위해서는 여과를 하여야 한다.
소독의 표준(Disinfection Standards)
북미/구라파 에서는 폐수 소독의 지표생물로 Total or faecal coliforms를 가장 일반적으로 사용하고 있으며, 그 외 E. coli와 enterococci가 일부 미국 지역에서 사용되고 있고, 100㎖당 200마리 이하의 faecal coliform을 소독기준으로 보고 있다.
일반적으로 투과율이 65%이고 TSS 농도가 20ppm이하인 2차 처리수의 소독에 있어서 요구되는 자외선의 양은 20∼30mW·s/㎠이지만, 자외선의 양은 입자의 수, 크기, 구성성분에 따라 영향을 받게 되므로 자외선 요구량은 다양하다.
미국캘리포니아와 하와이에서 물을 재사용하기 위해서는 100㎖당 total coliform이 2.2마리 이하로 나타나야 하는데 그러한 경우 TSS농도가 2ppm이하이거나 투과율이 65%인 여과된 방류수에 대해 소독기준을 만족시키기 위해서는 자외선의 양이 120mW·s/㎠로 높아야만 한다.
● 자외선소독설비 현황
개요
미국 EPA등의 자외선 소독설비 설계자료에 보면 자외선소독설비는 접촉식(Contact)과 비접촉식(Non-Contact)식으로 나뉘어져 있는바 국내에는 대부분 자외선소독설비가 접촉식으로 검토, 설계되어지는 실정이다.
이러한 구미/유럽에서 적용하고 있는 설계기준을 감안하여 금번 환경부에서 신설공표 (환경부 하수67712-466,2002. 5.21)한 "하수처리장 소독시설 설치사업 업무처리 일반지침"에서도 보면 "UV소독(자외선소독)을 선정할 경우에는 처리장의 시설용량을 감안하여 접촉방식과 비접촉방식중 시설비 및 유지관리비가 적게 소요되는 방식을 채택하여야한다"고 명시되어 있다.
접촉식 자외선소독설비(Contact UV Disinfection)
접촉형(Contact)소독설비는 현재 미국/유럽등지에서 가장 설치실적이 많은 형식으로서 자외선램프(UV Lamp)가 깨끗한 석영관(Quartz Sleeve)으로 보호되어 석영관으로 이루어진 틀(Flame)을 형성하여 유체에 직각 또는 수평하게 하수속에 침수하여 석영관 주변으로 흐르는 하수를 살균하는 형식이다.
그러나 이러한 접촉식(Contact) 자외선소독설비의 단점은 구미등지에서의 운영자료를 살펴보면 시간이 경과함에 따른 석영관의 이물질 부착, 시설/운전이 복잡한 기계식/화학적 세척빈도증가로 말미암은 자외선투과율의 저하, 석영관의 깨지기 쉬운 특성, 잦은 교체로 인한 유지관리비 증가로 특히 운영인력이 부족한 중/소규모 하수처리장에서는 유지관리측면에서 많은 문제점을 안고 있는(Figure-3) 관계로 전 기술력을 석영관의 Fouling(혼탁현상)을 방지하는 세척장치개발에 전 기술력을 집중하고 있는 실정이다.
즉, 하수와 석영관(자외선램프 포함)이 접촉하여 생기는 운영상의 문제점으로
▷석영관의 수막현상 ▷램프교환시 고도의 숙련도 필요 ▷석영관의 깨지기 쉬움(교체비용 고가) ▷유체의 단회로 현상(Short Circuit)으로 인한 조사량의 저하 ▷겨울철 수온저하로 인한 표면온도저하(자외선강도저하) ▷램프파손시 수은방출(1개 파손시 약 20mg(저압), 300mg(중압) 수은 방출 등이 있다.
비접촉식 자외선소독설비(Non-Contact UV Disinfection)
이러한 운영상의 단점을 보완하기 위하여 이미 80년도에 구미에서는 하수이끼가 잘 달라붙지 않는 TEFLON(불소수지계 튜브)을 이용하여 유체는 튜브내부로만 흐르게 하고 자외선램프는 별도의 보호석영관이 없는 자외선램프(UV Lamp)만의 틀을 형성하여 튜브주변에 배치하는 새로운 형태의 비접촉식의 자외선소독방식을 개발하였다.
그러나 ’80년도 초기의 TEFLON관은 시간이 경과함에 따른 튜브내 이끼형성과 석영관이 지닌 자외선투과율보다 낮아 일부 정수처리/폐수처리공정에서만 간헐적으로 사용되어 오다 이러한 초기 TEFLON의 단점을 완벽히 보완한 수처리 자외선 살균기 전용인 AFPTM 튜브를 이용한 비접촉 자외선소독설비(Advanced Fluoropolymer Non-Contact UV Systems)가 미국 IWT사에 의해 개발되어 구미지역 하수처리장에 '85년도 이후로 널리 사용되어지고 있다
☞ 다음호에 계속
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