Solar Detoxification of Trichloroethylene in Waste Water with Slurry Batchtype Photoreactor

Slurry batch형 광화학 반응기를 이용한 폐수 내의 Trichlroethylene의 분해

In this experiment, photochemical reaction has been applied to destroy TCE in water phase. The main target of this work is to investigate the technical feasibility of large scale of solar detoxification reactor for water treatment. The results have revealed that solar detoxification utilizing photon energy from the sun is the most attractive process to decompose organic toxins in water phase at room temperature. The detailed results from this work are as follows; (1) The highest conversion ratio of TCE was obtained by using $TiO_2$, annatase as a photocatalyst among $TiO_2$ anatase, $TiO_2$ rutile and $V_2O_5$ under the same experimental condition. The anatase crystal structure was confirmed with XRD analysis, and its surface area was 7.748 $m^2/g$ from the BET-$N_2$ measurement (2) 0.1 wt% of $TiO_2$ anatase has been adopted as optimal quantity for batch slurry reactor at this experimental conditions. (3) The effect of hydrogen peroxide on the conversion of TCE was investigated. Its optimal quantity was 0.06 vol. % under this experimental conditions. (4) The effect of oxygen on the conversion of TCE also was studied by controlling the head space in photoreactor. Results indicated that sufficient amount of oxygen should be supplied to accomplish the highest conversion rate of TCE in water phase.

본 실험에서는 산업폐수, 가정폐수, 지하수 등에 오염되는 유독성 유기물 처리를 위한 태양반응시스템의 개발을 목적으로 batch형 광분해 반응시스템을 구성하여 수처리 분해 실험을 실시하였다. 실험실 규모의 batch형 반응기를 구성하여 수질 개선용 광화학 반응 활용의 기술적 타당성을 확보하고자 하였으며 다음과 같은 결론을 얻을수 있었다. (1) $TiO_2$ anatase, $TiO_2$ rutile 그리고 $V_2O_5$를 대상으로 광촉매 선정을 위한 실험결과, 본 실험조건에서는 band gap energy가 약 3.2 eV인 $TiO_2$ anatase가 유해 유기물 TCE의 가장 높은 분해율을 나타내었다. $TiO_2$ anatase의 결정구조는 XRD 관찰에 의하여 확인할 수 있었으며, BET-$N_2$ 측정결과 단위무게당 표면적은 약 7.748 $m^2/g$ 이었다. (2) $TiO_2$ anatase의 투입량이 많을수록 TCE분해율도 증가하였다. 그러나 투입량이 0.1 wt% 이상이 될 경우 분해율의 증진은 아주 미미하여서 0.1 wt%의 $TiO_2$ anatase 양을 slurry batch 형 시스템 실험에 최선으로 채택하였다. (3) $H_2O_2$의 양이 TCE 분해율에 미치는 영향을 조사한 결과 적정량은 약 0.06 volume%임을 알 수 있었다. 이는 적정량의 $H_2O_2$는 OH radical의 형성을 촉진시키지만 과량의 존재시에는 오히려 OH radical과 반응하여 이를 소모하는 역효과를 나타내기 때문이다. (4) 광반응기의 head space를 변화시키면서 산소양의 TCE 분해율에 미치는 영향을 관찰한 결과 TCE 분해반응식의 이론적 stoichiometry로나 실험적으로나 산소양이 아주 중요한 변수임을 알수 있었다.