KR101817010B1

KR101817010B1 - 초음파를 이용한 수처리 방법

Info

Publication number: KR101817010B1
Application number: KR1020160102904A
Authority: KR
Inventors: 김현중; 황국화
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2018-01-10

Abstract

본 발명에 의하면, 초음파를 이용하여 수처리하는 방법으로서, 처리대상수의 이온강도를 향상시키는 이온강도 조절 단계 또는 NOM 농도를 높이는 NOM 첨가 단계; 및 상기 이온강도 조절 단계를 통해 이온강도가 향상된 처리대상수에 초음파를 가하는 초음파 처리 단계를 포함하는 초음파를 이용한 수처리 방법이 제공된다.

Description

초음파를 이용한 수처리 방법 {WATER TREATMENT METHOD USING ULTRASONIC WAVE}

본 발명은 수처리 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파를 이용하여 미생물을 제거하는 수처리 방법에 관한 것이다.

급격한 인구증가와 산업발달로 인하여 수질오염은 증가하는 추세이며, 인간에게 직접적인 영향을 주기 때문에 중요한 환경 문제로 대두되고 있다. 이와 같은 수질오염 문제를 해결하기 위하여 염소, 오존, 적외선 살균처리 방법 등이 있지만, 이러한 방법들은 발암성 물질 생성, 재감염의 가능성 등의 문제점을 가지기 때문에 제한적으로 사용되고 있다. 초음파를 이용한 수처리는 수계 시스템 내 미생물 비활성화를 위한 방법 중 하나로서, 기존의 수처리 방법들과는 달리 환경에 유해한 2차 부산물이 발생하지 않으며, 시간 및 비용을 절감할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 종래의 초음파를 이용한 살균 방식은 음향 강도, 조사 시간, 온도, 부피 등의 영향을 고려하여 수행된다. 그러나 수계 내에서 박테리아가 주변 환경에 영향을 쉽게 받음에도 불구하고, 현재까지 수계 환경의 영향을 고려하여 미생물의 살균효과를 확인한 기술은 확인된 바 없다. 주변 환경 조건 중 자연유기물(NOM : Natrual Organic Matter)은 수계 내 수백 ㎍/L ~ 수백 ㎎/L (TOC 기준)의 농도범위로 존재한다고 알려져 있으며, 지표수나 지하수의 이온강도는 지역별, 계절별에 따른 변화가 있다고 알려져 있다. 이와 같은 주변 환경에 의해 미생물의 표면 성질이 달라질 수 있기 때문에, 초음파 조사 시 미생물의 살균효율에 영향을 끼칠 수 있다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1004201 "초음파를 이용한 수처리장치" (2010.12.24.) 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2004-0021147 "초음파를 이용한 슬러리 무배출 생물학적 고도수처리 시스템"(2004.03.10.)

본 발명의 목적은 이온강도 및 NOM과 같은 실제 주변 환경과 밀접하게 연관된 조건을 고려하여 초음파 조사 시 미생물의 살균 효과를 향상시키는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,

초음파를 이용하여 수처리하는 방법으로서, 처리대상수의 이온강도를 향상시키는 이온강도 조절 단계; 및 상기 이온강도 조절 단계를 통해 이온강도가 향상된 처리대상수에 초음파를 가하는 초음파 처리 단계를 포함하는 초음파를 이용한 수처리 방법이 제공된다.

상기 이온강도 조절 단계는 처리대상수에 염화나트륨을 첨가하여 수행될 수 있다.

상기 이온강도 조절 단계에서 처리대상수는 10mM 내지 100mM의 이온강도로 조절될 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면,

초음파를 이용하여 수처리하는 방법으로서, 처리대상수의 NOM(Natural Organic Matter) 농도를 높이는 NOM 첨가 단계; 및 상기 NOM 첨가 단계를 통해 NOM 농도가 높아진 처리대상수에 초음파를 가하는 초음파 처리 단계를 포함하는 초음파를 이용한 수처리 방법이 제공된다.

상기 NOM 첨가 단계는 처리대상수에 휴믹산을 첨가하여 수행될 수 있다.

상기 NOM 첨가 단계에서 상기 휴믹산은 10mg/L로 첨가될 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면,

초음파를 이용하여 수처리하는 방법으로서, 처리대상수의 이온강도를 향상시키는 이온강도 조절 단계; 처리대상수의 NOM(Natural Organic Matter) 농도를 높이는 NOM 첨가 단계; 및 상기 이온강도 조절 단계와 상기 NOM 첨가 단계를 통해, 이온강도가 향상되고 NOM 농도가 높아진 처리대상수에 초음파를 가하는 초음파 처리 단계를 포함하는 초음파를 이용한 수처리 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 이온강도를 높이거나 NOM을 추가하여 초음파 처리함으로써, 미생물의 제거 속도가 현저하게 향상된다.

도 1은 이온강도에 따른 Escherichia Coli D21g의 제거 효율을 보여주는 그래프이다.
도 2는 이온강도에 따른 Escherichia Coli D21g의 초기 농도 및 초음파 5분 조사 후 농도 비교를 보여주는 그래프이다.
도 3은 휴믹산 유무에 따른 Escherichia Coli D21g의 제거 효율을 보여주는 그래프이다.
도 4는 휴믹산 유무에 따른 Escherichia Coli D21g의 초기 농도 및 초음파 5분 조사 후 농도 비교를 보여주는 그래프이다.
도 5는 휴믹산 존재시 Bacillus subtilis 및 Pseudomonas putida의 제거율을 보여주는 그래프이다.
도 6은 휴믹산 존재시 Bacillus subtilis 및 Pseudomonas putida의 초기 농도 및 초음파 5분 조사 후 농도 비교를 보여주는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 수처리 방법은, 처리대상수의 이온강도를 향상시키는 이온강도 조절 단계와, 상기 이온강도 조절 단계를 통해 이온강도가 향상된 처리대상수에 초음파를 가하는 초음파 처리 단계를 포함한다.

이온강도 조절 단계에서는 처리대상수의 이온강도가 향상된다. 본 실시예에서는 처리대상수에 염화나트륨이 첨가되어서 처리대상수의 이온강도가 향상되는 것으로 설명한다.

초음파 처리 단계에서는 이온강도 조절 단계를 통해 이온강도가 향상된 처리대상수에 초음파가 인가되어서 초음파 처리된다. 본 실시예에서는 초음파 처리 단계가 초음파 분산기(supersonic homogenizer)를 이용하여 수행되는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 초음파 분산기에 의해 처리대상수에 초음파가 인가되면서, 처리대상수의 이온강도가 균질화된다.

도 1에는 이온강도에 따른 미생물의 제거 효율을 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 그래프는 Escherichia coli D21g 함유 현탁액에서 이온강도가 향상되지 않은 경우, 염화나트륨(NaCl)이 첨가되어 10mM NaCl로 이온강도가 향상된 경우, 염화나트륨이 첨가되어 100mM NaCL로 이온강도가 향상된 경우 각각에 대해 초음파 분산기를 이용하여 20kHz의 초음파를 10분간 조사하여 Escherichia coli D21g가 제거된 효율을 보여준다. 도 1로부터 10mM의 NaCL과 100mM의 NaCl로 이온강도가 향상된 경우에는 초음파 5분 조사 후에 Escherichia coli D21g의 제거율이 90% 이상 이라는 것이 확인되며, 이온강도가 향상되지 않은 경우 초음파 5분 조사 후에 Escherichia coli D21g의 제거율이 70% 이하라는 것이 확인된다. 즉, 이온강도가 향상된 경우에 초음파에 의한 미생물 제거 속도가 현저하게 높아진다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 2에는 이온강도에 따른 Escherichia coli D21g의 초기 농도 및 초음파 5분 조사 후 농도 비교를 보여주는 그래프가 도시되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파를 이용한 수처리 방법은, 처리대상수의 NOM 농도를 높이는 NOM 첨가 단계와, 상기 NOM 첨가 단계를 통해 NOM 농도가 높아진 처리대상수에 초음파를 가하는 초음파 처리 단계를 포함한다.

NOM 첨가 단계에서는 처리대상수에 NOM이 첨가되어서 처리대상수의 NOM 농도가 높아진다. 본 실시예에서는 휴믹산(humic acid)이 첨가되어서 처리대상수의 NOM 농도가 높아지는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 본 실시예에서 휴믹산은 10mg/L로 첨가되는 것으로 설명한다.

초음파 처리 단계에서는 NOM 첨가 단계를 통해 NOM 농도가 높아진 처리대상수에 초음파가 인가되어서 초음파 처리된다. 본 실시예에서는 초음파 처리 단계가 초음파 분산기(supersonic homogenizer)를 이용하여 수행되는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 초음파 분산기에 의해 처리대상수에 초음파가 인가되면서, 처리대상수 내에서 NOM이 균질하게 분산된다.

도 3에는 휴믹산의 첨가 여부에 따른 미생물의 제거 효율을 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 그래프는 Escherichia coli D21g 함유 현탁액에서 휴믹산이 첨가되지 않은 경우(w/o SRHA)와 첨가된 경우(w/ SRHA) 각각에 대해 초음파 분산기를 이용하여 초음파를 10분간 조사하여 Escherichia coli D21g가 제거된 효율을 보여준다. 도 3으로부터 휴믹산이 첨가되어서 NOM 농도가 높아진 경우에는 초음파 5분 조사 후에 Escherichia coli D21g의 제거율이 99% 이상이라는 것이 확인되며, 휴믹산이 첨가되지 않은 경우 초음파 5분 조사 후에 Escherichia coli D21g의 제거율이 70% 이하라는 것이 확인된다. 즉, 휴믹산이 첨가되어서 NOM의 농도가 높아진 경우에 초음파에 의한 미생물 제거 속도가 현저하게 높아진다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 4에는 휴믹산 첨가 여부에 따른 Escherichia coli D21g의 초기 농도 및 초음파 5분 조사 후 농도 비교를 보여주는 그래프가 도시되어 있다.

도 5는 휴믹산 존재시 Bacillus subtilis 및 Pseudomonas putida의 제거율을 보여주는 그래프이며, 도 6은 휴믹산 존재시 Bacillus subtilis 및 Pseudomonas putida의 초기 농도 및 초음파 5분 조사 후 농도 비교를 보여주는 그래프이다. 도 5와 도 6으로부터 휴믹산을 첨가한 경우에 Bacillus subtilis 및 Pseudomonas putida의 제거에도 효과적이라는 것이 확인된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파를 이용한 수처리 방법은, 처리대상수의 이온강도를 향상시키는 이온강도 조절 단계와, 처리대상수의 NOM 농도를 높이는 NOM 첨가 단계와, 상기 이온강도 조절 단계 및 상기 NOM 첨가 단계를 통해 이온강도가 향상되고 NOM 농도가 높아진 처리대상수에 초음파를 가하는 초음파 처리 단계를 포함한다. 상기 이온강도 조절 단계와 상기 NOM 첨가 단계는 위에서 설명한 바와 같으므로 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다. 이온강도 조절 단계와 NOM 첨가 단계는 두 단계 중 어느 하나의 단계가 먼저 수행된 후 다른 단계가 수행되거나, 동시에 수행될 수 있다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

Claims

초음파를 이용하여 수처리하는 방법으로서,
처리대상수의 이온강도를 향상시키는 이온강도 조절 단계;
처리대상수의 NOM(Natural Organic Matter) 농도를 높이는 NOM 첨가 단계; 및
상기 이온강도 조절 단계와 상기 NOM 첨가 단계를 통해, 이온강도가 향상되고 NOM 농도가 높아진 처리대상수에 초음파를 가하여 균일하게 혼합하는 초음파 처리 단계를 포함하는 초음파를 이용한 수처리 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 이온강도 조절 단계는 처리대상수에 염화나트륨을 첨가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 수처리 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 이온강도 조절 단계에서 처리대상수는 10mM 내지 100mM의 이온강도로 조절되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 수처리 방법.
초음파를 이용하여 수처리하는 방법으로서,
처리대상수의 NOM(Natural Organic Matter) 농도를 높이는 NOM 첨가 단계; 및
상기 NOM 첨가 단계를 통해 NOM 농도가 높아진 처리대상수에 초음파를 가하여 균일하게 혼합하는 초음파 처리 단계를 포함하는 초음파를 이용한 수처리 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 NOM 첨가 단계는 처리대상수에 휴믹산을 첨가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 수처리 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 NOM 첨가 단계에서 상기 휴믹산은 10mg/L로 첨가되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 수처리 방법.
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