UV LED를 이용한 Fe-TiO2 광촉매 공정의 해수중 유기물질 및 질소제거

Abstract

국내의 어류 양식은 연안해역의 환경변화로 생산성이 낮아지고 하계 고수온, 적조등과 같은 자연재해가 증가할 뿐만 아니라 양식 적지를 확보하기 어려워짐에 따라 육상에 양식 시설을 갖춘 육상수조양식장이 1988년 이후 급속히 확대 되어 2015년에는 558개소에 이르는 실정이다(Lim, 2005). 해수를 이용한 양어장의 경우 양식어의 생산 증대를 위한 높은 사육밀도를 유지해야 하지만 과량의 사료투입과 배설물들로 인한 수질오염이 오히려 어류에게 악영향을 미치고 있다. 양어장에서의 수질을 향상시키기 위한 효과적인 관리에 대한 연구가 진행되고 있으나 암모니아제거에 대한 효율적인 처리기술은 아직 구체화 되지 않은 실정이다(lim2004.; Yoon,2005.; Kang.K.M,2008.; Lee.S.M.; 2015). 양식장에서 사육수의 수질환경은 양식어류의 성장과 질병 및 생존에 절대적인 영향을 미치고 있다. 암모니아는 양식어류에게 치명적인 영향을 미칠수 있는 요인이고 암모니아 허용한계를 넘어 존재하면 양식어류의 성장은 감소하게 되며 조직학적으로 병변을 나타내기도 하며, 치사에 이르기도 한다(Park,2014). 양식장 수처리 방법으로는 크게 물리적처리, 회전원판법, 살수여상법 등이 주로 적용되고 있다. 하지만 수처리 효율이 좋지 않은 실정이기 때문에 강력한 산화력을 가진 OH라디칼을 생성하는 고급산화공정을 사용하여 유기물질, 질소를 제거하는 연구가 이루어 지고 있다(Lee, 1995.;Jo, 2006). 고급산화공정에서도 반응이 일어난 후 2차 오염물질이 생성되는 공정이 있어서 문제를 일으킨다 따라서 고급산화공정 중 강력한 산화력을 가진 OH라디칼을 생성하는 광촉매 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다(Parilti et al, 2011). 광촉매는 세라믹의 일종으로 빛을 조사하게 된다면 표면에 강한 산화력이 발생되어 OH라디칼을 생성하고 강한 산화력으로 유기물의 분자결합 쉽게 분해한다(Jung, 2012). 낮은가격, 강력한 산화력, 높은 광활성도, 2차 오염물질을 발생하지 않는다는 점에서 가장 널리 사용하고 있다(Lee, 2014). 광촉매 TiO2는 3.2 eV 이상의 에너지를 가지게 되면 활성을 가지게 되며 이러한 에너지를 가지게 되는 빛의 파장은 385nm 부근의 자외선 영역이다. 광촉매를 활성화시키기 위한 자외선 빛에너지를 공급하는데 한계가 있어 이를 극복하기 위한 연구가 진행되고 있으며 금속산화물의 도핑을 이용한 효율향상에 대한 연구들이 진행되고 있다(2003, Jang.; 2014, Lee.; 2016,Park). 본 연구는 전이금속의 종류, 합성방법, 농도에 따라 촉매의 활성이 큰 차이가 나기 때문에 유기물질 및 질소 제거를 위한 촉매의 최대 활성을 일으키는 전이금속의 중 Fe를 선택하여 광촉매 공정의 TiO2에 Fe를 첨가하여 유기물질 및 질소 제거에 미치는 영향을 알아보기 위한 것이다. 유기물질과 질소제거효율을 실험하기 위하여 반응표면분석법-중심합성에 의해 독립변수로 UV LED 반응시간(min), Fe 첨가량(g/L)의 최적 조건을 도출하였다.