배오존 처리법

왜 배우는가: 배오존 처리법은 오존 처리 설비를 운영하는 현장에서 작업자 안전과 배출 기준을 함께 맞추기 위해 필요한 설비다. 시험에서는 처리 방식의 비교, 활성탄 흡착탑 설계 계산, 재이용 방안처럼 여러 형태로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제133회 3교시 2번, 제112회 3교시 2번, 제109회 3교시 6번, 제104회 4교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

배오존 처리법은 오존 접촉 공정에서 배출되는 잔류 오존을 대기 중으로 내보내기 전에 분해하여 제거하는 방법이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 배오존: 오존 접촉·반응 후 기액분리기에서 빠져나오는 미반응 오존 가스
• 잔류 오존: 물에 녹지 않고 기상에 남은 오존
• 열분해식: 가열하여 오존을 산소로 되돌리는 처리 방식
• 촉매식: 금속 산화물이나 귀금속 촉매로 오존을 분해하는 처리 방식
• 활성탄 흡착식: 활성탄 표면에서 흡착과 분해를 함께 일으키는 처리 방식
• 배오존분해탑: 배오존을 흡착·분해하는 탑형 설비
• 오존 분해율: 입구 농도 대비 제거된 오존의 비율

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 오존을 원수에 주입하고 남은 오존이 가스 형태로 빠져나온다. 이 가스를 그대로 내보내면 냄새와 자극이 생기고 설비 주변 작업자에게도 해롭다. 그래서 배출 전에 오존을 없애는 설비를 둔다.

정식 정의는 다음과 같다. 배오존 처리법은 오존 발생기에서 만든 오존을 원수에 주입한 뒤 남는 배오존 가스를 열, 촉매 또는 활성탄을 써서 안전한 농도까지 분해하는 방법이다. 이 정의에서 처리 대상은 물에 녹지 않은 오존 가스이고, 처리 목표는 대기 배출 전 농도 확보다.

잔류 오존은 오존 주입량 중 물에 용해되지 않고 접촉조 상부 가스 중에 남은 양이다. 주입률을 높이거나 접촉 시간이 짧으면 잔류 오존의 양이 늘어난다. 배오존 설비는 이 양을 기준으로 용량을 정한다.

오존 분해율은 처리 전후 농도로 구한다. 분해율이 높을수록 배출 농도가 낮아진다. 같은 분해율이라도 입구 농도가 높으면 출구 농도는 여전히 높을 수 있으므로, 입구 농도와 분해율을 함께 본다.

사람이 오존 냄새를 느끼기 시작하는 농도는 0.01~0.02ppm 수준으로 매우 낮다. 치사 수준은 폭로 시간에 따라 다르지만 수백 ppm 이상이다. 따라서 배오존 처리 후 농도는 사람에게 해가 없는 수준까지 낮춰야 한다. 이 점이 배오존 처리법의 가장 근본적인 이유다.

배오존 처리법에는 세 가지 방식이 있다. 열분해식은 가열로 오존을 산소로 바꾼다. 촉매식은 촉매 표면에서 오존을 산소로 분해한다. 활성탄 흡착식은 활성탄 미세공에 오존을 붙잡고 탄소와 반응시켜 분해한다. 세 방식의 원리와 설비 구성은 뒤 절에서 비교한다.

3. 등장 배경과 필요성

정수장에서 오존은 살균, 산화, 맛·냄새물질 제거, 색도 저감과 난분해성 물질 분해에 쓰인다. 오존 처리 공정이 고도정수처리의 핵심 단계로 자리 잡으면서 배오존의 양과 처리 필요성도 함께 커졌다.

오존은 물에 용해도가 낮다. 그래서 주입한 오존의 일부가 미반응 상태로 기상에 빠져나온다. 이 가스는 접촉조 상부에 농도가 높게 모이고, 방치하면 작업장 공기를 오염시키고 주변 설비에도 피해를 준다. 오존은 산화력이 강하여 배관, 금속, 고무 부품을 산화시켜 부식과 파손을 일으킨다.