Chlorination and UV illumination are being widely applied to inactivate a number of pathogenic microbials in the environment. Here, we evaluated the inactivation efficiency of individual and combined treatments of chlorination and UV under various aqueous conditions. UV dosage was required higher in waste water than in phosphate buffer to achieve the similar disinfecting efficiency. Free chlorine generated by electrolysis of waste water was abundant enough to inactivate microbials. Based on these, hybrid system composed of sequential treatment of electrolysis-mediated chlorination and UV treatment was developed under waste water conditions. Compared to individual treatments, hybrid system inactivated bacteria (i.e., E. coli and S. typhimurium) and viruses (i.e., MS-2 bacteriophage, rotavirus, and norovirus) more efficiently. The hybrid system also mitigated the photo re-pair of UV-driven DNA damages of target bacteria. The combined results suggested the hybrid system would achieve high inactivation efficiency and safety on various pathogenic microbials in wastewater.
Yoon, Dalsung;Paek, Seungwoo;Lee, Sang-Kwon;Lee, Ju Ho;Lee, Chang Hwa
방사성폐기물학회지
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제20권2호
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pp.193-207
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2022
Thermodynamically, TRUOx, REOx, and SrOx can be chlorinated using ammonium chloride (NH4Cl) as a chlorinating agent, whereas uranium oxides (U3O8 and UO2) remain in the oxide form. In the preliminary experiments of this study, U3O8 and CeO2 are reacted separately with NH4Cl at 623 K in a sealed reactor. CeO2 is highly reactive with NH4Cl and becomes chlorinated into CeCl3. The chlorination yield ranges from 96% to 100%. By contrast, U3O8 remains as UO2 even after chlorination. We produced U/REOx- and U/SrOx-simulated fuels to understand the chlorination characteristics of the oxide compounds. Each simulated fuel is chlorinated with NH4Cl, and the products are dissolved in LiCl-KCl salt to separate the oxide compounds from the chloride salt. The oxide compounds precipitate at the bottom. The precipitate and salt phases are sampled and analyzed via X-ray diffraction, scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy, and inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy. The analysis results indicate that REOx and SrOx can be easily chlorinated from the simulated fuels; however, only a few of U oxide phases is chlorinated, particularly from the U/SrOx-simulated fuels.
A series of experiments were performed to produce a fuel source for a molten salt reactor (MSR) through pyroprocessing technology. A simulated LiCl-KCl-UCl3-NdCl3 salt system was prepared, and the U element was fully recovered using a liquid cadmium cathode (LCC) by applying a constant current. As a result, the salt was purified with an UCl3 concentration lower than 100 ppm. Subsequently, the U/RE ingot was prepared by melting U and RE metals in Y2O3 crucible at 1473 K as a surrogate for RE-rich ingot product from pyroprocessing. The produced ingot was sliced and used as a working electrode in LiCl-KCl-LaCl3 salt. Only RE elements were then anodically dissolved by applying potential at - 1.7 V versus Ag/AgCl reference electrode. The RE-removed ingot product was used to produce UCl3 via the reaction with NH4Cl in a sealed reactor.
In this study, chlorine dose at water storage tank was predicted to meet the recommended guideline for free chlorine residual in drinking water distribution system, using EPANET which is a computer program that performs extended Period simulation of hydraulic and water quality behavior within pressurized pipe networks. The results may be summarized as follows. The decay of chlorine residual by season varied considerably in the following order; in summer ($25^{\circ}C$) > spring and fall (15$^{\circ}C$) > winter (5$^{\circ}C$). For re-chlorination at water storage tank by season, season-varying chlorine dose was required at its maximum of 1.00 mg/l in summer and minimum of 0.40 mg/l in winter as free chlorine residual. The decay of chlorine residual through out the networks increased with water age spent by a parcel of water in the network except for some points with low water demand. In conclusion, the season-varying chlorine dose as well as the monitoring of water quality parameters at the some points which showed high decay of chlorine residual may be necessary to deliver the safe drinking water.
In this study, effects of five raw water quality parameters (turbidity, odor compounds caused by algae, filter clogging caused by algae, pH increase caused by algae, and organic matter) on improvements and operations costs of typical water treatment plant (WTP) were estimated. The raw water quality parameters were assumed the worst possible conditions based on the past data and costs were subsequently estimated. Results showed that new water treatment facilities were needed, such as a selective intake system, an advanced water treatment processes, a dual media filter, a carbonation facility, and a re-chlorination facility depending on water quality. Furthermore, changes needed to be made in WTP operations, such as adding powered activated carbon, increasing the injection of chlorine, adding coagulation aid, increasing the discharge of backwashed water, and increasing the operation time of dewatering facilities. Such findings showed that to reliably produce high-quality tap water and reduce water treatment costs, continuous improvements to the quality of water sources are needed.
It is important to predict chlorine decay with different water purification processes and distribution pipeline materials, especially because chlorine decay is in direct relationship with the stability of water quality. The degree of chlorine decay may affect the water quality at the end of the pipeline: it may produce disinfection by-products or cause unpleasant odor and taste. Sand filtrate and dual media filtrate were used as influents in this study, and cast iron (CI), polyvinyl chloride (PVC), and stainless steel (SS) were used as pipeline materials. The results were analyzed via chlorine decay models by comparing the experimental and model parameters. The models were then used to estimate rechlorination time and chlorine decay time. The results indicated that water quality (e.g. organic matter and alkalinity) and pipeline materials were important factors influencing bulk decay and sand filtrate exhibited greater chlorine decay than dual media filtrate. The two-component second-order model was more applicable than the first decay model, and it enabled the estimation of chlorine decay time. These results are expected to provide the basis for modeling chlorine decay of different water purification processes and pipeline materials.
상수도 관망은 운영 중 다양한 수질 사고 발생 위험요소에 노출되어 있다. 본 연구는 다양한 수질 사고 위험요소 중 상수도 관망 내로의 바이러스 유입에 따른 위험도 평가 방법론을 제시하고, 이를 활용하여 위험도를 최소화할 수 있는 재염소 시설의 위치와 운영에 대한 검토를 수행하였다. 위험도 평가를 위해 QMRA (Quantitative Microbial Risk assessment)를 적용하였으며, 염소 농도에 따른 Water Quality Resilience를 정의하여 바이러스가 유입되지 않은 정상 운영 상황과 바이러스가 유입된 비정상 상황에서 염소 농도가 목표 범위(0.1-1.0 mg/L)내 운영되는지 여부를 정량적으로 확인하였다. 본 연구에서는 바이러스와 염소간의 반응을 고려해야 하기에, 다양한 수질인자를 고려할 수 있는 EPANET-MSX를 활용하여 수리 및 수질 분석을 수행하였다. 제안한 방법론은 미국의 Bellingham의 관망에 적용하였으며, 재염소 시설의 경우 0.5 mg/L부터 1.0 mg/L까지 주입 가능한 것으로 하였다. 적용 결과 재염소 시설이 없는 경우 Average risk가 0.0154이었으며, 재염소 시설 설치 후 1.0 mg/L의 농도로 주입 시 39.1%의 Average risk를 저감할 수 있었다. 다만, 재염소 시설을 통한 과도한 염소 주입은 Water Quality Resilience를 저감하여, 최종적으로 0.5 mg/L의 재염소 시설을 선정하였으며, 이를 활용하여 20% 가량의 Average risk 저감이 가능함을 확인하였다. 본 연구는 향후 잠재적 바이러스 유입에 대비한 재염소 시설의 설계에 활용할 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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