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유엔은 안전한 식수 접근을 인권으로 규정하며, 도시 및 산업 폐수는 수역으로 유입되기 전에 정화해야 합니다. 이를 위해 자연적으로 발생하는 물질(비소, 크롬, 불화물, 망간, 방사성 핵종, 염분, 셀레늄, 천연 유기물, 조류 독소 등)과 인위적으로 발생하는 물질(질산염, 인산염, 용제, 연료 첨가제, 의약품 등)을 제거하는 처리 기술이 필수적입니다.
이번 포스팅에서는 폐수 처리 분야에서 혁신적인 기술로 각광받는 나노버블 솔루션에 대해 살펴보겠습니다.
나노버블은 보통 직경이 1 마이크로미터(µm, 1000nm) 미만인 초미세 기포를 지칭하며, 울트라 파인 버블 또는 초미세 기포로도 알려져 있습니다.
나노버블의 정의는 학계나 산업 분야에 따라 다소 차이가 있을 수 있으나, 일반적으로 특정 특성을 지닌 기포를 나노버블로 정의합니다.
- 크기: 직경이 1 마이크로미터 미만으로, 육안으로는 관찰하기 어렵습니다.
- 안정성: 일반적인 기포는 빠르게 상승하여 터지지만, 나노버블은 부력이 작아 액체 내에 장시간 머무르며 안정적으로 존재합니다.
- 표면적: 미세한 크기로 인해 표면적이 매우 넓어 액체와의 접촉 면적이 넓습니다.
- 용해력: 넓은 표면적과 높은 내부 압력으로 인해 가스 용해력이 뛰어납니다.
- 표면 전하: 나노버블 표면은 음전하를 띠고 있어 양전하를 띠는 물질과 쉽게 결합합니다.
- 브라운 운동: 나노버블은 액체 내에서 불규칙적인 브라운 운동을 하며, 이는 액체 전체에 균일하게 분포하는 데 도움을 줍니다.
- 자기 가압 효과: 나노버블은 수축하면서 내부 압력이 증가하고, 결국 파열하면서 강력한 에너지를 방출합니다.
1. 나노버블의 폐수처리 활용 메커니즘:
- 높은 용존 산소량: 나노버블은 일반 기포보다 용존 산소량이 높아 호기성 미생물의 활동을 촉진합니다. 이는 유기물 분해 속도를 높여 폐수의 생물학적 처리 효율을 향상시킵니다.
- 강력한 산화력: 나노버블이 파열될 때 발생하는 강력한 에너지는 하이드록실 라디칼(OH·)과 같은 강력한 산화제를 생성합니다. 이는 난분해성 유기물, 염료, 중금속 등 다양한 오염 물질을 효과적으로 분해합니다.
- 미세 입자 제거: 나노버블은 작은 크기와 높은 표면적으로 인해 미세 입자와의 충돌 확률이 높습니다. 이를 통해 미세 입자를 응집시켜 침전 또는 부상 분리 과정을 통해 쉽게 제거할 수 있습니다.
- 생물막 제어: 나노버블은 막 여과 공정에서 막 표면에 생물막 형성을 억제하여 막 오염을 방지하고 여과 효율을 향상시킵니다.
- 악취 제거: 나노버블은 악취 물질을 흡착하고 산화 분해하여 악취를 제거하는 효과가 있습니다.
2. 나노버블 폐수처리 활용 분야:
- 산업 폐수 처리: 화학, 제약, 섬유, 식품 등 다양한 산업 분야에서 발생하는 폐수 처리에 활용됩니다. 특히 난분해성 유기물, 염료, 중금속 등 처리에 효과적입니다.
- 축산 폐수 처리: 축산 폐수에 포함된 유기물, 질소, 인 등을 제거하여 수질 오염을 방지하고 악취를 줄이는 데 활용됩니다.
- 하수 처리: 하수처리장의 생물학적 처리 공정에 적용하여 유기물 분해 효율을 높이고 슬러지 발생량을 줄이는 데 기여합니다.
나노버블 기술은 폐수처리 분야에서 높은 효율성과 친환경성을 바탕으로 다양한 문제 해결에 기여할 수 있는 혁신적인 기술입니다. 앞으로 지속적인 연구 개발과 현장 적용을 통해 나노버블 기술이 폐수처리 분야에서 더욱 활발하게 활용될 것으로 기대됩니다.