Journal of the Korean GEO-environmental Society (한국지반환경공학회 논문집)

Korean Geo-Environmental Society (한국지반환경공학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

The Study of Statistical Optimization of 1,4-dioxane Treatment Using E-beam Process

전자빔 공정을 이용한 1,4-Dioxane 처리의 통계적 최적화 연구

  • 황혜영 (경기대학교 환경에너지시스템공학과) ;
  • 장순웅 (경기대학교 환경에너지시스템공학과)
  • Received : 2010.12.06
  • Accepted : 2011.03.04
  • Published : 2011.04.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this study, the experimental design methodology was applied to optimize 1,4-dioxane treatment in E-beam process. Main factor was mathematically described as a function of parameters 1,4-dioxane removal efficiencies(%), TOC removal efficiencies(%) modeled by the use of the central composite design(CCD) method among the response surface methodology(RSM). Concentration of 1,4-dioxane is designated as "$x_1$" and Irradiation intensity is designated as "$x_2$". The regression equation in coded unit between the 1,4-dioxane concentration and removal efficiencies(%) was $y=71.00-10.85x_1+20.67x_2+{1.53x_1}^2-{7.92x_2}^2-1.23x_1x_2$. The regression equation in coded unit between the 1,4-dioxane concentration and TOC removal efficiencies(%) was $y=44.48-13.25x_1+9.54x_2+{5.43x_1}^2-{1.35x_2}^2+4.45x_1x_2$. The model predictions agreed well with the experimentally observed results $R^2$(Adj) over 90%. Toxicity test using algae Pseudokirchneriella Subcapitata showed that the inhibition was reduced according to increasing an E-beam irradiation.

본 연구의 목표는 전자빔공정을 통한 1,4-dioxane 처리의 최적화를 이루기 위해 실험계획법을 적용하는 것이다. 주요 인자를 1,4-dioxane removal efficiencies(%), TOC removal efficiencies(%)로 반응표면분석법(RSM) 중 중심합성실험법을 이용하여 수학적으로 표시하였다. 1,4-dioxane의 농도를 "$x_1$", Irradiation intensity를 "$x_2$"로 지정하였다. 1,4-dioxane 농도와 removal efficiencies(%)의 코드화된 회귀방정식은 $y=71.00-10.85x_1+20.67x_2+{1.53x_1}^2-{7.92x_2}^2-1.23x_1x_2$, 1,4-dioxane 농도와 TOC Removal efficiencies(%)의 코드화된 회귀방정식은 $y=44.48-13.25x_1+9.54x_2+{5.43x_1}^2-{1.35x_2}^2+4.45x_1x_2$로 나타났다. 모델 예측식의 $R^2$(Adj.)가 90%이상으로 실험적인 관찰결과 잘 맞는 것으로 나타났다. 마지막으로 조류 Pseudokirchneriella Subcapitata를 이용하여 전자빔에 의한 1,4-dioxane에 대한 독성평가를 실시한 결과 전자빔 조사선량의 증가에 따라 생물학적 방해영향이 저감되었다.

Keywords

References

  1. 구정은(2009), 페놀 제거를 위한 전자빔과 활성섬유탄소 결합공정의 적용, 석사학위논문, 금오공과대학교, pp. 16-20.
  2. 김복조, 한성욱, 박재윤, 김상호, 김종용(2009), 낙동강 유역의 1,4-dioxane과 Perchlorate 분포특성, 대한환경공학회지, Vol. 31, No. 6, pp. 409-411.
  3. 박성현, 김종욱(2010), minitab을 활용한 현대실험계획법, 민영사, pp. 9-13.
  4. 박연기, 배철한, 김병석, 이제봉, 유아선, 홍순성, 박경훈, 신진섭, 홍무기, 이규승, 이정호(2009), Butachor의 수서생물에 대한 위해성평가, 농약과학회지, Vol. 13, No. 1, pp. 1-12.
  5. 안상우, 유지영, 최재영, 박재우(2009), 반응표면분석법을 이용한 Hydroxyapatite 첨가 활성탄에서의 Cd 흡착특성에 관한 연구, 한국물환경학회지, Vol. 25, No. 6, pp. 943-950.
  6. 유승호, 조일형, 장순웅, 이시진, 천석영, 김한래(2008), 전자빔 공정에서 실험계획법을 이용한 살균제 Benomyl 의 제거특성 및 독성평가, 대한환경공학회지, Vol. 30, No. 9, pp. 955-960.
  7. 이상미, 한인섭, 김상은(2007), 전기분해/UV를 이용한 1,4-dioxane의 제거효율 비교 평가, 대한환경공학회지, Vol. 29, No. 10, pp. 1131-1137.
  8. 이승훈(2006), minitab을 이용한 공학통계 자료분석, 이레테크, pp. 627-628.
  9. 환경부(2009), E-beam 및 생물학적 처리 공정을 융합한 난분해성 유기물질 무기화 및 무방출 처리 기술개발, 071-071-115, 한국원자력연구원, pp. 28-31.
  10. Farre, M. L., Perez, S., Kantiani, L. and Barcelo, D.(2008), Fate and Toxicity of Emerging Pllutants, Their Metabolites and Transformation Products in the Aquatic Environment, Trends in Analytical Chemistry, Vol. 27, No. 11, pp. 991-1007. https://doi.org/10.1016/j.trac.2008.09.010
  11. Rowe, V. K. and Wolf, M. A.(1982), Derivatives of glycols. Patty's Industrial Hygiene and Toxicology, 3rd ed., Vol. 2C. Clayton GD and Clayton FE, es, John Wiley & Sons, New York, pp. 3947-3956.
  12. Suh, J. H. and Mohseni, M.(2004), A Study on the Relationship Between Biodegradability Enhancement and Oxidation of 1,4- dioxane Using Ozone and Hydrogen Peroxide, Water Research, Vol. 38, No. 10, pp. 2596-2604. https://doi.org/10.1016/j.watres.2004.03.002
  13. Taguchi, M., Zennyojib, Y., Takigamia, M., Baldacchinoc, G., Kimuraa, A., Hiratsukab, H., Nambaa, H. and Kojima, T.(2006), Characteristics Study on Suspended Fine Particles in Aqueous Phenol Solution Formed by Electron Beam Irradiations, Radiation Physics and Chemistry, Vol. 75, No. 5, pp. 564-571. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2005.11.002
  14. Yeh, J. H. and Chen, C. Y.(2006), Toxicity Assessment of Pesticides to Pseudokirchneriella Subcapitata under Air-tight Test Environment, Journal of Hazardous Materials, Vol. 131, No. 1-3, pp. 6-12. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.09.009
  15. Yu, S., Lee, B. and Lee, M.(2008), Decomposition and Mineralization of Cefaclor by Ionizing Radiation: Kinetics and Effects of the Radical Scavengers, Chemosphere, Vol. 71, No. 11, pp. 2106-2112. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2008.01.020