개념 한 쪽
수질환경기사 고도산화(AOP)처리 — 펜톤 반응과 교반 동력
펜톤 산화법의 반응 물질과 최적 조건, 교반 강도 G로 소요 동력을 구하는 식, 패들 면적을 구하는 식을 익힌다.
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뜻
고도산화처리는 반응성이 큰 산화종을 만들어 잘 분해되지 않는 오염물질을 분해하는 처리다.
펜톤 산화법은 Fe2+와 H2O2가 반응하여 하이드록실 라디칼(OH 라디칼)을 생성하는 방법이다. 이 라디칼이 오염물질을 분해한다. 반응은 강산성 조건에서 잘 진행되므로 시약을 넣기 전에 pH를 조절한다. 차아염소산나트륨은 펜톤 반응의 주반응 물질이 아니다. 펜톤 처리 과정에서 BOD가 증가할 수 있다.
교반 강도 G는 G = √(P / (μ × V))로 정의되므로, 필요한 동력은 P = G² × μ × V가 된다. 부피 2,000m³인 탱크에서 G를 50/s로 유지하려면, 점도 1.139×10⁻³N·s/m²를 넣어 P = 50² × 1.139×10⁻³ × 2,000 = 5,695W가 된다. 약 5.7kW이다. 부피가 1,000m³이면 같은 G에서 2,847.5W, 약 2.8kW가 필요하다. G가 커지면 필요한 동력은 G의 제곱에 비례해 커진다.
패들 면적은 A = 2P / (C × ρ × v³)로 구한다. C는 패들의 항력계수, ρ는 유체 밀도, v는 패들 상대속도다. 패들 상대속도는 패들 주변속도에 0.75를 곱해 잡는다. 부피 2,649m³, G 50/s이면 동력은 P = 50² × 1.139×10⁻³ × 2,649 ≈ 7,543W이고, 주변속도 0.6m/s에서 상대속도는 0.45m/s이다. 항력계수 1.8, 밀도 1,000kg/m³을 넣으면 A = 2 × 7,543 / (1.8 × 1,000 × 0.45³) ≈ 92m²가 된다.
예제
선지 판단은 펜톤 반응의 반응 물질과 생성 라디칼, 최적 pH 조건과 pH 조절 순서, 교반 동력식의 G 제곱과 단위, 패들 면적식의 상대속도 적용에서 갈린다. 펜톤 반응의 주반응 물질로 차아염소산나트륨을 고르거나, 시약 투입 뒤에 pH를 맞춘다고 적은 선지가 틀린다. 동력 계산에서 G를 제곱하지 않거나 점도의 지수를 빠뜨린 선지도 어긋난다. 패들 면적에서 주변속도를 그대로 넣고 0.75를 곱하지 않은 선지도 성립하지 않는다.
자주 묻는 물음
- 펜톤 산화법은 어떤 반응으로 오염물질을 분해하나요?
- Fe2+와 H2O2가 반응해 하이드록실 라디칼을 만들고, 이 라디칼이 오염물질을 분해합니다. 반응은 강산성 조건에서 잘 진행되므로 시약을 넣기 전에 pH를 조절합니다. 차아염소산나트륨은 주반응 물질이 아니며, 처리 과정에서 BOD가 증가할 수 있습니다.
- 교반 강도 G로 소요 동력은 어떻게 구하나요?
- P = G² × μ × V로 구합니다. 부피 2,000m³, G 50/s, 점도 1.139×10⁻³N·s/m²이면 50² × 1.139×10⁻³ × 2,000 = 5,695W로 약 5.7kW입니다. 부피가 1,000m³이면 약 2.8kW입니다.
- 패들 면적은 어떻게 구하나요?
- A = 2P / (C × ρ × v³)로 구하며, v는 패들 상대속도로 주변속도에 0.75를 곱한 값입니다. 부피 2,649m³, G 50/s이면 동력이 약 7,543W이고, 주변속도 0.6m/s에서 상대속도는 0.45m/s입니다. 항력계수 1.8, 밀도 1,000kg/m³을 넣으면 면적은 약 92m²입니다.
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