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http://dx.doi.org/10.4491/KSEE.2011.33.3.149

Optimization of Electro-UV-Ultrasonic Complex Process for E. coli Disinfection using Box-Behnken Experiment  

Kim, Dong-Seog (Department of Environmental Science, Catholic University of Daegu)
Park, Young-Seek (Faculty of Liberd Education, Daegu University)
Publication Information
Journal of Korean Society of Environmental Engineers / v.33, no.3, 2011 , pp. 149-156 More about this Journal
Abstract
This experimental design and response surface methodology (RSM) have been applied to the investigation of the electro-UV-ultrasonic complex process for the disinfection of E. coli in the water. The disinfection reactions of electro-UV-ultrasonic process were mathematically described as a function of parameters power of electrolysis ($X_1$), UV ($X_2$), and ultrasonic process ($X_3$) being modeled by use of the Box-Behnken technique, which was used for fitting 2nd order response surface model. The application of RSM yielded the following regression equation, which is empirical relationship between the residual E. coli number (Ln CFU) in water and test variables in coded unit: residual E. coli number (Ln CFU) = 23.69 - 3.75 Electrolysis - 0.67 UV - 0.26 Ultrasonic - 0.16 Electrolysis UV + 0.05 Electrolysis Ultrasonic + 0.27 $Electrolysis^2$ + 0.14 $UV^2$ - 0.01 $Ultrasonic^2$). The model predictions agreed well with the experimentally observed result ($R^2$ = 0.983). Graphical 2D contour and 3D response surface plots were used to locate the optimum range. The estimated ridge of maximum response and optimal conditions for residual E. coli number (Ln CFU) using 'numerical optimization' of Design-Expert software were 1.47 Ln CFU/L and 6.94 W of electrolysis, 6.72 W of UV and 14.23 W of ultrasonic process. This study clearly showed that response surface methodology was one of the suitable methods to optimize the operating conditions and minimize the residual E. coli number of the complex disinfection.
Keywords
Box-Behnken Technique; Complex Process; Disinfection; Optimization; Response Surface Methodology (RSM);
Citations & Related Records
Times Cited By KSCI : 9  (Citation Analysis)
연도 인용수 순위
1 조민, 김재은, 문성민, 정현미, 윤제용, "복합 소독 공정에서의 시너지 효과에 대한 정량적 해석," 2004년도 한국 상하수도학회․한국물환경학회 공동 추계 학술발표회 논문집, 한국물환경학회, pp. 122-126(2004).
2 김동석, 박영식, "복합소독 공정을 이용한 E. coli 불활성화," 한국생물공학회지, 25(1), 33-40(2010).
3 강구영, "생물학적 처리수 재이용을 위한 전기화학 기술의 적용", 대한환경공학회지, 30(4), 453-458(2008).
4 권순우, 이종대, 신장식, "음용수내 발암물질인 염소 소독부 산물의 전기화학적 제거 특성", 한국유화학회지, 21(4), 364-369(2004).
5 김동석, 송승구, 박영식, "E. coli 불활성화를 위한 단일 소독 공정의 비교," 한국생물공학회지, 25(1), 25-32(2010).
6 Aleboyeh, A., Daneshvar, N. and Kasiri, M. B., "Optimization of C.I. Acid Red 14 azo dye removes by electrocoagulation batch process with response surface methodology", Chem. Eng. and Process., 47, 827-832(2008).   DOI   ScienceOn
7 박동규, Minitab을 활용한 실험계획법, 기전연구사, 서울, pp. 11-19(2008).
8 임용빈, 박성현, 안병진, 김영일, 실용적인 실험계획법-Design-Expert 7 & Minitab 활용-, 자유아카데미, 경기도, 344-370(2008).
9 이승훈, Minitab을 이용한 공학통계 자료분석, 이레테크, 경기도, pp. 216-222(2008).
10 Golikova, E. V., Rogoza, O. M., Shelkunov, D. M. and Chernoberezhskii, Y. A., "Electrosurface properties and aggregation stability of aqueous dispersion of $TiO_2$ and $ZrO_2$," Colloid J., 57(1), 25-29(1995).
11 조일형, 박재홍, 김영규, 이홍근, "반응표면분석법을 이용한 염색폐수의 광촉매 산화 처리조건의 최적화," 수질보전한국물환경학회지, 19(3), 257-270(2003).
12 송원용, 장순웅, "UV공정을 이용한 NDMA처리 통계학적 최적화 연구," 수질보전한국물환경학회지, 25(1), 96-101 (2009).
13 박영식, 정노성, 김동석, "소규모 오수처리를 위한 전기화학적 방법에 의한 대장균 소독에 관한 연구," 한국환경과학회지, 16(4), 441-447(2007).
14 이민규, 정근식, 감상규, "고전압 전기장을 이용한 하수처리장 방류수 중의 대장균 군 소독에 관한 연구," 한국환경과학회지, 17(7), 817-826(2008).
15 조일형, 장순웅, 이시진, "Photo-Fenton 산화공정에서 반응 표면분석법을 이용한 축산폐수의 COD 처리조건 최적화 및 예측시 수립," 대한환경공학회지, 30(6), 642-652(2008).