🧪 오존(O₃)의 기본 개요
오존(O₃)은 산소(O₂)의 삼원자 형태로, **극히 불안정하고 반응성이 강한 산화제**입니다. 수처리 공정에서는 강력한 산화력을 바탕으로 세균, 바이러스, 유기물 분해에 활용됩니다.
오존은 공기 또는 순산소에서 **코로나 방전 방식**으로 onsite 생산되어 처리수에 주입됩니다.
🔬 오존의 산화력 및 반응식
- 📌 산화환원 전위(E₀): +2.07 V
- 📌 염소(Cl₂): +1.36 V보다 훨씬 강력
📌 주요 반응식
O₃ + H₂O → 2•OH + O₂
수중에서 오존은 일부가 **하이드록실 라디칼(•OH)**을 생성합니다. 이 라디칼은 매우 반응성이 높아 유기물질을 빠르게 산화 분해합니다.
☣️ 주요 산화 대상
- 난분해성 유기물 (PCE, TCE, 페놀류 등)
- 유기색소, 농약, 의약품
- 미생물(세균, 바이러스, 포자)
⚙️ 고급 산화 공정(AOP)과 오존
고급 산화 공정(AOP)은 오존을 포함한 산화제를 **과산화수소(H₂O₂), 자외선(UV)** 등과 함께 사용하여 **하이드록실 라디칼(•OH)**을 최대한 생성시키는 수처리 기술입니다.
📌 대표 반응식
O₃ + H₂O₂ → •OH + O₂ + HO₂•
🧬 AOP에서 오존의 역할
- 단독 산화제로 작용 (직접 반응)
- •OH 생성 전구체 (간접 반응)
- 살균과 유기물 산화 동시 수행
➡️ 오존 기반 AOP는 난분해성 오염물 제거에 매우 효과적입니다.
🌡️ 오존 수처리의 최적 조건
1️⃣ pH 조건
- pH 7 이상에서 •OH 생성률 증가
- 직접 산화는 pH 5~6에서 더 효과적
2️⃣ 접촉 시간 (CT 값)
- 10~20분 이상 접촉 필요 (CT 값: 농도×시간)
- 반응 속도는 오염물 종류에 따라 다름
3️⃣ 온도
- 20~30℃에서 반응 활성이 높음
- 고온에서는 오존 자체 분해 가속됨
4️⃣ 수중 불순물
- 유기탄소(TOC) 많을수록 •OH 소비량 증가
- 철, 망간 이온 존재 시 반응성 ↑
⚠️ 오존 수처리의 한계와 문제점
1️⃣ 생성 비용과 유지비
- 고농도 오존 발생 장치 필요 (에너지 소비↑)
- 산소공급 및 장비 유지 비용 부담
2️⃣ 반응 선택성
- 일부 유기물은 오존 반응성이 낮음
- 반응 부산물(브롬산염 등) 형성 가능
3️⃣ 부식성 & 안전성
- 오존은 부식성 강함 → SUS 배관 필요
- 고농도 누출 시 인체 유해 (점막 자극, 호흡기 손상)
➡️ 따라서 오존은 **정밀한 시스템 제어 및 안전 설계**가 필요합니다.
📊 오존 vs 염소계 소독제 비교
| 항목 | 오존(O₃) | 차아염소산(HOCl) |
|---|---|---|
| 산화력 | 매우 강함 (+2.07 V) | 중간 (+1.49 V) |
| 잔류 소독제 | 없음 | 잔류 가능 (장점/단점) |
| 부산물 | 브롬산염 가능성 | 트리할로메탄(THMs) |
| 안전성 | 가스 누출 위험 | 취급 상대적으로 쉬움 |
✅ 결론 | 오존 수처리, 고성능이지만 고정밀 제어가 핵심
오존은 수처리에서 가장 강력한 산화제 중 하나로, 난분해성 오염물 제거와 살균 효과를 동시에 제공합니다.
하지만 설비 비용, 반응 선택성, 안전성 등 기술적 한계가 존재하기 때문에, 고급 산화공정(AOP)으로 활용할 경우에는 정밀 제어 및 병합 공정 설계가 필수입니다.
✅ 결론적으로, 오존 수처리는 **친환경 고성능 수질 처리 기술**로 특히 **고도처리 단계나 산업용 폐수 고도 정화**에 가장 적합한 기술 중 하나입니다.