장민 교수(환공/91) 연구팀, 경제적이고 효과적인 산업폐수처리 공정 개발

 

- Journal of Hazardous Materials게재(JCR IF: 12.2, JCR 96.6%) -

 

  장민 교수 연구팀(환경공학과)의 박사과정 누르하슬리나압드라흐만(제1저자)은 레니샤발리야비틸바시어, 윤소연박사, 종초은 연구교수(공동교신저자), 이화여대 윤여민 교수, PBRC 홍영준 박사, 최은하 교수(PBRC 소장) 그리고 장민 교수(교신저자, PBRC 부소장 및 JENTL 소장)와 함께 효율적이며 경제적으로 산업 폐수처리가 가능한 유전체장벽방전(DBD) 플라즈마-과황산염공정(P-PDS)을 개발하였다. 이 공정은 제지공장의 산업폐수 내총유기탄소(TOC)를 효과적으로 제거하는데 탁월한 성과를 보였다. 현재 폐수 및 공공하수처리 시설 유출수는 미량 유기 오염물질이 포함된 유기물질의 위해성으로 인해 2021년 COD(화학적산소요구량)에서 TOC로분석항목이 전환되었다. DBD 플라즈마는 e-,O3,·OH, 1O2,and·O2- 등 다양한 활성종을 생성, 촉매없이도 여러 종류의 과황산염을 활성화하고 고도산화반응에 이용할 수 있어 폐수처리 공정을간소화시킬수있다. 본 연구는 P-PDS 공정이 산업제지 공장 폐수의 TOC를 짧은시간 내에 청정지역기준(15 mg/L) 이하로 저감시켜 향후 대규모 응용 가능성을 보여주었다. 공정의 과황산염 활성화 기작을 ROS 소멸실험과전자스핀공명(ESR) 분석을 통해규명하였고, 플라즈마에 과황산염을 추가시, TOC 제거속도상수가 1.7~3배 증가하였다. P-PDS의 단독 대비 복합공정에 대한 시너지계수(SF)가 3.14로 기존 오존 공정(SF=2.55) 보다 높은 시너지 효과를 보였으며, 이는 플라즈마의 낮은 에너지 소모특징과 비용이 저렴한 산화제 적용으로 인해 폐수정화에 드는 비용을 대폭 저감시킬수 있음을 시사한다. P-PDS 공정운전에 있어 플라즈마에서 생성된 전기장은 산화력이 높은 황산라디칼(SO4·-) 및 하이드록실라디칼(·OH)을 고농도로 생성시켜 P-PMS에 비해 높은 TOC 처리효율을보였다. 연속 흐름 시험에서, P-PDS 공정은 PDS 10mM 농도와 90분의 체류시간으로 운전시, 실제 제지공장 폐수를 8시간 동안 94.5%의 높은 TOC 제거효율로 처리할 수있어 수처리공 정의 높은효과와 안정성을 입증하였다.

  본 연구는 한국연구재단(NRF) 및 환경부의 "지반 환경오염 및 위해 관리기술 개발사업"지원으로 진행되었다 (2021R1A6A1A03038785,023R1A2C1003464,RS-2023-00240726, RS-2023-00215807). 이번 연구결과는 Journal of Hazardous Materials(IF: 12.2, JCR 96.6%), 11thDecember, 2024년 온라인판에 "Enhanced TOC removal from paper mill wastewater using air dielectric barrier discharge plasma with persulfate sources: Mechanistic insights and continuous flow operation performance evaluation"이라는 제목으로 게재되었다. 웹링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389424034344?via=ihub 연구실홈페이지: www.jentl.net   출처 : 광운대학교 최신연구성과 (kw.ac.kr)