무한크린

작성일 : 14-07-29 09:57

오존이란

글쓴이 : 최고관리자

오존(OZONE)

OZONE은 그리스어의 OZEIN(냄새)에서 유래된 말로 특유한 자극적인 냄새가 나는 기체의 명칭이며, 산소의 삼원소동소체로 산소분자 3개의 원자로 이루어진 분자로서 화학식으로 분자기호0₃로 표시된다. 엷은 담청색을 나타내므로 육안식별은 어렵다.
오존은 3개의 원자중 제삼의 원자는 결합력이 약하여 쉽게 분리되어 발생기산소로 된다.
이 발생기산소의 산화력은 자외선의 64배, 염소의 5.6배(속도3125배)로 강력하며 냄새나 색깔을 남기지 않고 화학적 성질을 남기지 않는다. 살균 후 2차 오염이 없는 지구 최적의 정화물질이다.
살균의 메카니즘은 세포벽등 원형질을 직접 파괴시키고, 바이러스는 DNA를 손상 절단하여 불활성화한다. 대기오존은 지표면으로 부터 약 20~50km사이에 있는 성층권에 오존층이 형성되여 태양으로 부터 오는 유해광선을 차단하여 지상의 모든 생명체를 보호하고 있다. 순수 자연 오존은 해안, 숲속, 고산, 자연의 대기중에 0.01~0.03ppm 정도로 소량 존재한다.

▶ 화학식 : O₃
▶ 용 해 도 : 49.4㎖/100㎖
▶ 분자량 : 48g (공기분자량32)
▶ 액체비중 : 1.57(측증온도-183 ˚C)
▶ 융점(녹는점) : -192.7˚C
▶ 비점(끓는점) : -112˚C
▶ 비 중 : 2.144g/ℓ. (산소 1.419g/ℓ).
※오존은 산소보다 1.68배 무겁다.

오존은 냉장온도에서도 가스 상태로 존재하는데, 대부분의 다른 기체와 마찬가지로 부분적으로 물에 용해되며 물의 온도가 감소할수록 용해도는 증가 한다. 또한 자기분해적 성질이 있어서 수많은 OH라디칼을 생성시킨다.

성층권에서는 대기온도가 올라감에 따라 오존의 분해가 촉진되어 산소함량이 높아진다. 35?C정도에서 아래와 같은 오존의 생성과 분해반응은 평형성을 이루고 있다. (3O₂? 2O₃+ 열과 빛) 용해된 오존을 함유한 용액의 pH가 증가함에 따라 오존의 분해속도가 빨라지고 OH라디칼의 생성도 그만큼 증가하게 된다.

약 ph10정도에서 오존은 순간적으로 분해된다. 결과적으로 오존분해 생성물인 OH라디칼이 강력한 산화제로서 살균력을 나타내게 된다. 미생물을 확실하게 살균시키려면 분자상태의 오존이 필요하다. 분자상태로 존재하는 오존의 반감기는 약 12시간 정도로 길다. 그러나 수용액상에서는 대개 오존처리가 필요한 대상물질(미생물)이 많을수록 오존의 필요량이 늘어나고 많이 소모되므로 반감기가 짧아진다. 바꾸어 말하면 오존 처리되어야 할 물이 깨끗할수록 오존처리를 받아야 할 미생물 같은 대상물질이 적게 함유되어 있을수록 소비되는 오존의 양이 줄어들어서 많이 남아 있게 되므로 그 오존의 반감기는 길어진다.
실제로 설거지 한 물이나 하수에서 오존의 반감기는 몇 초밖에 안되지만 음용수정도의 깨끗한 물에서는 수 시간씩 간다.
오존은 열역학적인 산화잠재력에 있어서 ffluorine. chlorine. trifluoride. oxygen. OH라디칼(오존의 분해물질)의 순서이므로 5번째로 잠재력이 큰 물질로서 음용수나 폐수처리, 살균제로서 이용될 수 있는 가장 강력한 산화제이다.

이러한 특징 때문에 오존은 식품재료의 보존과 보호를 위한 좋은 화학물질로 각광을 받고 있는 것이다.
오존은 태양으로부터 자외선과 대기중의 산소가 반응하면서 생성된다.
산소가 자외선을 받으면 산소원자(O)로 분해되고 분해된 산소원자는 산소분자(O₂)와 반응(결합)하여 오존분자(O₃)를 생성한다. 좀 더 높은 에너지를 갖는 자외선은 오존분자와 반응하여 오존을 파괴시키게 되지만, 이 결과 태양으로 부터 강력한 에너지를 갖는 자외선들이 성층권에서 걸러지게 되고, 결국 지표면에는 그런 자외선들이 도달하지 못하게 되는 것이다.

결론적으로 성층권에서는 자외선에 의해 오존의 파괴와 생성이 평행을 이루고 있으며, 그 과정에서 자외선이 사용되어 지표면에는 그렇게 많은 양의 자외선이 도달하지 못하게 되므로 지구위의 많은 생명체들이 태양의 강력한 자외선으로 부터 보호를 받게 되는 것이다. 지표면에서는 대기중에 번개가 칠 때 오존이 생성된다. 매우 높은 전기적 에너지가 요구되며 오존이외에 많은 부산물들이 생성된다. 또한 지표면에서 탄화수소· 산소· 질소 등이 관여하는 광화학적 산화반응에서도 오존은 부산물로 생성되기도 한다.
대기중에 존재하는 유기탄화수소(자동차 배기가스, 공장의 매연, 숲과 화산활동의 배출물등)가 광화학반응에 노출되면 과산화질소, 산화물들의 복합체가 형성되고, 일련의 광화학반응이 좀 더 진행되어 오존과 같은 광화학스모그의 성분들이 생성되어 악성오존이 생성되기도 한다. 특별한 용도에 사용할 오존을 생산하기 위해서는 자연을 자극시켜 오존을 얻어낼 수도 있다.

예를 들면 200nm이하의 파장을 발산하는 자외선전구를 이용하면 약 0.1%함량(1.200ppm수준)의 오존농도를 생성시킬 수도 있다. 이와 같이 상대적으로 낮은 농도의 오존을 발생시키는 자외선전구등은 육제품이나 계란등을 저장하는 냉장실에 오존을 공급하는 용도로 이미 오래전부터 사용되어 왔다.
높은 용도의 오존을 얻기 위해서는 코로나 방전기술과 상업적방법이 동원된다. 이 기술은 두 개의 전극이 가까이 세워져 있고 그 사이에는 유리나 세라믹과 같은 유전성물질(dielectric material)이 채워져 있으며 좁은 방전틈새가 있다.
이 방전틈새를 통하여 고압의 전류를 흘려보내면 코로나현상이 일어나고 코로나현상이 발생되는 그 틈새로 산소가 지나가면서 오존이 생성된다.
이 코로나 방전기술을 사용하면 약 18% (216.000ppm)정도의 높은 오존농도를 얻을 수 있다.

1) 바이러스· 세균 살균
살균을 다른말로 바이러스의 불활성화라고도 부른다. 이러한 말은 바이러스가 생존이 불가능하고 증식할 수 없는 상태를 말하는데 세균이 어떠한 상태에서 생존이 불가능한 형태로 되는가 하는 것은 크게 4가지로 볼 수 있다.

(a) 효소의 변성으로 인하여 균체의 대사 및 합성이 불가능하게 된다.

(b)세포막의 손상으로 인하여 세포막의 투과성이 변화하여 세포내에서 Ca2+와 Mg2+. RNA등이 누출된다.

(c) RNA와 리보소옴단백질이 분해된다.

(d) 염색체 또는 그 구성물질인 DNA가 손상된다.

2) 오존의 미생물 처리효과

미생물 종류	오존농도 (ppm)	미생물농도 (個/ml)	온도(℃)	pH	접촉시간	사멸율(%)
대장균	0.95	105celle	21.0	7.0	5초	100
포도상구균	1.08	105celle	21.0	7.0	5초	100
녹농균	1.08	105celle	21.0	7.0	5초	100
크로스토륨	0.96	105celle	21.0	7.0	5초	100
인플루엔자	0.96	105-3EID50	21.0	7.0	5초	100
계(鷄)뇌척수 수염바이러스	0.72	102-9EID50	21.0	7.0	5초	100
견(犬)전염성 간염바이러스	1.20	101-5EID50	21.0	7.0	5초	100
견(犬)바부루바 바이러스	0.96	102-5TCID50	21.0	7.0	5초	100
계(鷄)콕시디움	1.92	약3×105celle	20.0	7.0	30초	100
곰팡이(眞菌) (aspergillus niger)	0.3~0.5	106celle	20.0	6.5	19초	99.9
酵母 (Saccharomyces cerevistae)	0.3~0.5	106celle	20.0	6.5	90초	99.9
枯草菌 (Bacillus subtilis spore)	0.3~0.5	106celle	20.0	6.5	30초	99.9

3) 오존의 품목별 제거

	오존투입율(ppm)	제거효과(%)	접촉시간(분)
살 균	1.0 ~ 3.0	90 ~ 99	5분 이상
탈 색	2.5 ~ 3.5	90 ~ 99	〃
탈취, 탈미	1.0 ~ 2.5	80	1분 이상
철, 망간	0.5 ~ 2.0	90	〃
유기물	1.0 ~ 3.0	40	5분 이상
페 놀	1.0 ~ 3.0	95	10분 시상
시 안	2.0 ~ 4.0	90	3분 이상
ABS	2.0 ~ 3.0	95	10분 이상

4) 물질별 산화력 비교표

물 질 명	반 응 과 정	산화전위
불 소 (F2)	F2 + 2e- → 2F	2.87
오 존 (O³)	O³ + 2H+ + 2e- → O² + H2O	2.07
과산화수소	H2O² + 2H- + 2e- → 2H2O	1.77
과망간산염	MnO⁴ + 4H- + 3e- → MnO⁴ + 2H2O	1.67
하이포브롬산	BrO² + 4H- + e- → 1/2Br2 + 2H2O	1.59
이산화염소	ClO² + e- → ClO²	1.50
차아염소산	HoCl + H- + 2e- → Cl + H2O	1.49
염 소	Cl2 + 2e- → 2Cl	1.36
보 륨	Br2 + 2e- → 2Br	1.09
요 오 드	I2 + 2e- → 2I	0.54

1) 탈취방법

? 오존 산화법 ? 연소 탈취법 ? 이온 교환법 ? 액체 세정법 ? 흡 착 법 ? 기 타

2) 악취의 정의

경보전법 제2조에 의하면 "악취란 황화수소, 메캅탄류, 아민류 및 기타 자극성있는 기체성 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새"로 정의되어 있으며, 악취물질이라 함은 사람의 일상생활에 불쾌감을 주는 황 화합물, 석탄산 또는 그 화합물, 기타 자극성있는 물질이다.

3) 탈취의 원리

오존의 산화작용과 다른 냄새를 덮어버리는 마스킹 효과의 두 가지 방법이 있는데, 오존은 악취성분의 분자구조의 고리를 파괴시켜 냄새의 근본을 제거 시킨다.

예 1) 6H2S(유화수소) + 2O3 → 6H2O + 3S2
예 2) 3CH4(메 탄) + 4O3 → 3CO2 + 6H2

4) 오존처리시 장점

(a) 공기중에서 단시간에 산화 분해되므로 처리속도가 빠르다.

(b) 신설공사 때에는 Fan의 용량 및 Duct 공사비의 절감효과가 있다.

(c) 기기의 자동화로 관리가 용이하며 유지비가 저렴하다.

(d) 2차 생성물(먼지. 검댕)이 새롭게 생기지 않는다.

5) 탈취에서 오존의 주입량

오존의 주입량(g/hr) = 오존 주입률(ppm) × 총악취의 풍량(㎥/hr) ÷ 1000 ÷ 22.4 × 48
총 악취의 풍량에서 냄새의 분자구조의 형태와 냄새의 농도에 따라 오존의 주입률이 변동되고 배기가스의 온도와 습도에 따라 탈취시스템의 메카니즘이 달라진다.

오존의 강력한 산화력은 수중의 용존 유기물을 산화하고 탈색· 탈취할 수 있게 한다.
인간에게는 시각· 청각· 취각· 미각· 촉각의 5개 감각이 있는데, 오존처리는 물속의 착색물질을 산화시켜 탈색하므로 시각적으로, 그리고 이상한 냄새를 제거, 개선시켜 취각이나 미각에도 공헌하는 처리방법이다.

1) 오존에 의한 탈색

물의 착색원인은 자연광으로 부터 특정한 파장의 빛을 수중에 흡수 혹은 산란하여 인간의 눈에 색을 인식하게 하기 때문이다.
착색의 우선인 물질은 무기질· 유기질 이들의 착체(錯?)등이 있고, 이들은 수중에서 콜로이드입자로 현탁되는 경우와 용해되는 경우가 있다.
물의 착색이 문제가 되는 것은 수돗물에서는 철· 망간의 산화물이 콜로이드상으로 포함되어 붉은색 혹은 검은색을 띠는 것과,
또 부식토에서 용출된 푸민계의 물질 때문에 적갈색으로 착색되는 현상이다. 공장폐수의 합성염료, 펄프공장의 흑갈색을 띠운 리그닌, 분뇨, 하수처리장에서는 푸민계 물질과 사람의 답즙색소 등이 혐오스러운 색을 띠게 한다.

2) 철과 망간의 산화분해

지하수를 음용수로 사용할 경우 지하수에서 철과 망간이 포함되어 있다면 반드시 이를 제거해 주어야만 한다.
음용수 사용에 있어서 철과 망간의 허용농도는 다음과 같다.
철 : 0.1mg/L 망간 : 0.3mg/L
철과 오존의 반응은 Fe2+O3 +H2 O→Fe3++O2+2HO 이 되고
Fe3+ +3H2 O→Fe(OH)3 ↓+3H+가 되어 불용성 철이 된다.
철은 중성에서 산화제 또는 단순폭기에 의하여 쉽게 산화될 수 있는 반면, 망간은 이에 비하여 산화정도가 훨씬 느리다. 망간을 산화시키기 위해서는 철보다 약 2배의 많은 산화제가 필요하다.

수중에 유기물이 존재하면 철과 망간의 산화가 방해를 받을 수 있으며, 산화를 위한 금속과의 경쟁반응으로 인하여 산화속도가 상당히 감소된다. 오존은 가장 강력한 산화제의 하나로 지난 60년간 유럽의 많은 정수장에서 이용되어 왔다.
철분제거의 이론상의 오존농도는 2mg/ℓ이고 망간의 주입농도는 4mg/ℓ 이지만 여러 연구소에서 실험해본 결과 수질의 상태에 따라 이 농도로는 제거가 어려운 것도 있는 것으로 고찰되었다.
철과 망간을 제거하기 위하여 오존을 과잉 투입시키면 과망간산이온이 생성되어 물의 색이 분홍색 또는 흑갈색을 띠기도 한다.