-
1. ์ ๋ก
-
2. ์์ธ์ ๊ฐ๋ ์ฐ์ ๋ชจ๋ธ
-
3. ์ค๊ณ ์ด๊ท ์กฐ ๋ฐ ๋ชจ์ ์กฐ๊ฑด ์ค์
-
3.1 ์ด๊ท ์กฐ ์ค๊ณ ์ ์
-
3.2 ๋ชจ์ ์กฐ๊ฑด ์ค์
-
4. ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ
-
4.1 ์์ธ์ ๊ฐ๋ ๊ณ์ฐ ๊ฒฐ๊ณผ
-
4.2 ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ ์ค๊ณ์ ์ต์ ํ
-
5. ๊ฒฐ ๋ก
1. ์ ๋ก
์ฐ๋ฆฌ๋๋ผ์ ๊ณต๊ณตํ์์ฒ๋ฆฌ์์ค ๋ฐฉ๋ฅ์ ์์ง๊ธฐ์ค์ ์ด๋์ฅ๊ท ๊ตฐ์ ๊ธฐ์ค์ 3,000 ๊ฐ/mL ์ดํ์ด๋ฉฐ, 2014๋
7์๋ถํฐ๋ โ
์ง์ญ์ ์๋ ์ผ์ผ ํ์์ฒ๋ฆฌ์ฉ๋
500 m3 ์ด์์ธ ๊ณต๊ณตํ์์ฒ๋ฆฌ์์ค์ ๊ฒฝ์ฐ 1,000 ๊ฐ/mL ์ดํ๋ก ๊ฐํ๋์๋ค. ํ์์ฒ๋ฆฌ์๋ฅผ ์๋
ํ๋ ๋ชฉ์ ์ ์ฒ๋ฆฌ์ ์ค์ ์์กดํ ์ฐ๋ ค๊ฐ ์๋ ๋ณ์์ฑ ๋ฏธ์๋ฌผ์
์ฌ๋ฉธ ๋๋ ๋ถํ์ฑํํ์ฌ ๋ฐฉ๋ฅ์์ญ์ ์์์ ์ธ ์์ ์ฑ์ ๋์ด๋๋ฐ ์๋ค. ํ์ง๋ง ํ์๊ด๊ฑฐ ์ ๋น ์ฌ์
๋ฐ ํ์๋ ๋ถ๋ฅํ ์ฌ์
์ ์ค์ํ ์ง๋ฐฉ์์น๋จ์ฒด๊ฐ ๋ง๊ณ ,
๋ถ๋จ์ ์งํฌ์
์ด ๋์ด๋๋ฉด์ ์ธ๊ท ์ ๋ํ ์ฐ๋ ค๋ ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ด ํ์ค์ด๋ค.
ํ์ ์ค ์ด๋์ฅ๊ท ๊ตฐ์๋ 1 mL ๋น ์๋ฐฑ๋ง ๋ด์ง ์์ฒ๋ง ๊ฐ์ด๊ณ , 2 ์ฐจ ์ฒ๋ฆฌ ํ์๋ 1 mL ๋น ์๋ฐฑ ๋ด์ง ์๋ง ๊ฐ์ ๋ฌํ๋ค(Ministry of Environment, 2011). ํ์๊ฐ ์ฐธ์ฌํ ํ ์ฐ๊ตฌ์์ ๊ตญ๋ด ํ์์ฒ๋ฆฌ์ฅ 2 ์ฐจ ์ฒ๋ฆฌ์์ ์ด๋์ฅ๊ท ๊ตฐ์๋ฅผ 8ร102 ~ 8ร103 ๊ฐ/mL๋ก ๋ณด๊ณ ํ ๋ฐ ์๋ค(Kim et al., 2016).
ํ์์ ์ด๊ท ์๋ ์ผ์๊ฐ์ค ์ฃผ์
์ด๋ ์์ธ์ ์ด๊ท , ์ด์ฐํ์ผ์ ์ฃผ์
๋ฑ์ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ์ฌ์ฉ๋๋๋ฐ ์ฐ๋ฆฌ๋๋ผ๋ ๊ทธ์ค์์๋ ์ผ์ ํน์ ์์ธ์ ์ด๊ท ์ด ๋๋ถ๋ถ์ด๋ค.
ํนํ ์์ธ์ ์ด๊ท ์ด ๊พธ์คํ ์ฆ๊ฐํ์ฌ 2018 ๋
๊ธฐ์ค ์ ์ฒด 4,111 ๊ฐ ๊ณต๊ณตํ์์ฒ๋ฆฌ์์ค ์ค 90 % ์ด์์ธ 3,708 ๊ฐ ์์ค์ด ์์ธ์ ํน์ ์์ธ์ ๊ณผ
๊ธฐํ ์ด๊ท ๋ฒ์ ํผํฉํ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ด๊ท ํ๊ณ ์๋ค(Ministry of Environment, 2019). ์ด๋ 2013 ๋
์ ์ ์ฒด ๊ณต๊ณตํ์์ฒ๋ฆฌ์์ค์ 62 %์ธ 2,333 ๊ฐ ์์ค์ด ์์ธ์ ๋๋ ์์ธ์ ๋ฐ ๊ธฐํ ์ด๊ท ๋ฒ ํผํฉ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ์ฒ๋ฆฌํ ๊ฒ๊ณผ ๋น๊ตํ๋ฉด
ํฌ๊ฒ ์ฆ๊ฐํ ์์น์ด๋ค.
์์ธ์ ์ด๊ท ์ ์ผ์ ์๋
๋ฒ๊ณผ ๊ฐ์ ํํ์ ๋ฐฉ๋ฒ ๋ณด๋ค ์ด์ ์ด ์ฝ๊ณ , ํธ๋ฆฌํ ๋ก๋ฉํ๊ณผ ๊ฐ์ ์๋
๋ถ์ฐ๋ฌผ์ด ์์ผ๋ฉฐ, ๋ณ์๊ท ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ Cryptosporidium์ด๋
Giardia์ ๊ฐ์ ์์๋๋ฌผ์ ๋ถํ์ฑํํ๋๋ฐ ํจ๊ณผ์ ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค. ํนํ ํ์์ฒ๋ฆฌ์ฅ ๋ฐฉ๋ฅ์ ์ด๊ท ์ ๊ฒฝ์ฐ ์๋
๋ ฅ์ด ๊ฐํ๋ฉด์๋ ์๋ฅ ๋
์ฑ์ด ์์ด์ผ
ํ๋๋ฐ(Ministry of Environment, 2011) ์์ธ์ ์ด๊ท ์ ์ด๋ฌํ ์๊ฑด์ ๋ง์กฑ์ํจ๋ค๊ณ ํ ์ ์๋ค. ๋ค๋ง, ์์ธ์ ์ด๊ท ์ ๋ฌผ์ ํ๋๋ ๋ถ์ ๋ฌผ์ง ๋๋์ ์ํฅ์ ๋ฐ๋๋ฐ, ํ์์ฒ๋ฆฌ์ฅ ์ด์ฐจ์ฒ๋ฆฌ์์
๋ถ์ ๋ฌผ์ง ๋๋๊ฐ 30 mg/L ์ด์์ด๋ฉด ์ ์ ์์ธ์ ๋จํ๋ฅผ ์ด์ฉํ ์ด๊ท ์ ๊ทธ๋ค์ง ํจ๊ณผ์ ์ด์ง ์๋ค๋ ๋ณด๊ณ ๋ ์๋ค(EPA, 1999).
ํํ์ ์ด๊ท ์์ ์ด๊ท ๋ ฅ์ ์ฃผ์
๋๋ ๋ฐ ์ ์ด์๊ฐ์ ๋น๋กํ๋ฏ์ด ์์ธ์ ์ ์ด๊ท ๋ ฅ์ ์์ธ์ ์ ๊ฐ๋ ๋ฐ ๋
ธ์ถ์๊ฐ์ ๋น๋กํ๋ค. ๊ทธ๋์ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋(UV dose,
ultraviolet dose)์ ์ด ๋ ์ธ์์ ๊ณฑ์ผ๋ก ๊ฐ์ฃผํ๋ฉฐ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
๋์ฅ๊ท ์ ๊ฑฐ๋ฅผ ์ฃผ๋ชฉ์ ์ผ๋ก ํ๋ ํ์ ๋ฐฉ๋ฅ์์ ์์ธ์ ์ด๊ท ์ ์กฐ์ฌ๋์ ์ฐ๋ฆฌ๋๋ผ ํ์๋์์ค๊ธฐ์ค์์๋ ์์ญ ฮผJ/cm2 ๋ฒ์๋ก ์ ์ํ๊ณ ์์ผ๋(Ministry of Environment, 2011) ๋ง์ ๋ฌธํ๋ค์์๋ ํ์ 2 ์ฐจ ์ฒ๋ฆฌ์ ๋์ฅ๊ท ์ ๊ฑฐ๋ฅผ ์ํ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋์ผ๋ก์ ์์ญ mJ/cm2๋ฅผ ์ฌ์ฉํ๊ณ ์๋ค(Andreadakis et al., 1999; Gilboa and Friedler, 2008; Hallmich and Gehr, 2010). ์์ธ์ ๊ฐ๋(UV intensity)๋ ๊ด์๊ณผ์ ๊ฑฐ๋ฆฌ์ ๋ฐ๋ผ ์ญ์ ๊ณฑ์ ๋น๋กํ์ฌ ๊ฐ์ํ๊ณ , ๋น์ ํน์ฑ์ธ ๊ตด์ (refraction), ๋ฐ์ฌ(reflection),
ํก์(adsorption)๊ฐ ์ผ์ด๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ๋ฅผ ๋ํํ๋ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๊ธฐ ์ํด์๋ ์ด์ ๊ฐ์ ๋น์ ํน์ฑ์ ๊ณ ๋ คํ ์์ธ์ ๋ถํฌ
๋ชจ๋ธ์ ๋ง๋ค๊ณ , ์ด๊ท ์กฐ ์ ์์ญ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ฐ๊ฐ ๊ณ์ฐํ ํ ๊ฐ ์ง์ ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ํ๊ท ํ์ฌ ๋ํ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ก ๋ณด๋ ๊ฒ์ด ๊ฐ์ฅ ํฉ๋ฆฌ์ ์ด๋ค.
ํ์ง๋ง ์ํ๊น๊ฒ๋ ์ฐ๋ฆฌ๋๋ผ์์ ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ๋ฅผ ์ค๊ณํ ๋ ๋ง์ ๊ฒฝ์ฐ ์์ ๊ฐ์ ์ํ์ ๋ชจ๋ธ์ ๊ทผ๊ฑฐํ์ฌ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ณ์ฐํ์ง ์๊ณ , ๊ฒฝํ์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์
์ฌ์ฉํ์ฌ ์ค๊ณํ๋ ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ๋ง๋ค. ๋ณด๋ค ๊ฐ์ ๋ ๊ฒฝ์ฐ๋ผ ํ๋๋ผ๋ ๊ตด์ ์ด๋ ๋ฐ์ฌ๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ์ง ์๊ณ ๋จ์ํ๋ ์ญ์ ๊ณฑ๋ฒ์น์ ๋ฌผ์์์ ์์ธ์ ํก์๋๋ง์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ
ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ก ๊ฐ์ฃผํ๋ค. ์ด๋ฌํ ์ค๊ณ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋์ ๋ํ ํ์ ์ด ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ํ์ ์ด์์ผ๋ก ๋ง์ ์์ธ์ ๋จํ๋ฅผ ์ค์นํ๊ฒ ๋๊ณ , ๊ณผ๋ ์ค๊ณ๊ฐ
๋๊ธฐ ์ฝ๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ธฐ ๊ฐ๋ฐํ ๋น์ ์ด์ ์์ธ์ ๊ฐ๋ ๋ถํฌ ๋ชจ๋ธ(Kim, 2008; Kim et al., 2016; Lee et al., 2014)์ ์นจ์งํ์ผ๋ก ๊ฐ๋ํ UV3D (UV three dimension) ๋ชจ๋ธ์ ๊ฐ๋ฐํ๊ณ , ์ด ๋ชจ๋ธ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ตญ๋ด์ ์ค์น ์ด์ ์ค์ธ ์นจ์งํ ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ์
์ค๊ณ์ ์ ์ฉํ์ฌ ๋ณด๋ค ํจ์จ์ ์ธ ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ ์ค๊ณ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ํ๊ณ ์ ํ์๋ค.
2. ์์ธ์ ๊ฐ๋ ์ฐ์ ๋ชจ๋ธ
์์ธ์ ๋จํ๋ ์ง์ ํ์ด ๋ง์ด ์ฌ์ฉ๋๋ค. ์ง์ ํ ๋จํ๋ ์ ๊ด์์ด๋ฏ๋ก ์์ธ์ ๊ฐ๋ ๋ถํฌ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ ๋๋ MPSS (multiple point source
summation) ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก์, ์ ๊ด์์ ์ผ๋ จ์ ์ ๊ด์(point source)์ผ๋ก ๊ฐ์ฃผํ๊ณ , ์ด๋ค ํ ์ (receptor point)์ ๋๋ฌํ๋
๋ชจ๋ ์ ๊ด์์ ๋น ๊ฐ๋๋ฅผ ๋์ ํ์ฌ ๊ณ์ฐํ๋ค. ์์ธ์ ์ ๋ฐ์์์ธ ๋จํ๋ ๋ณดํต ์์ ์ฌ๋ฆฌ๋ธ ์์ ์ค์นํ์ฌ ๋จํ์ ๋ฌผ์ด ์ง์ ์ ์ดํ์ง ์๋๋ก ํ๋๋ฐ ์ด
๋๋ฌธ์ ๋น์ ๊ณต๊ธฐ์ธต-์์ ์ธต-๋ฌผ์ธต์ ์์ฐจ์ ์ผ๋ก ํต๊ณผํ๋ฉฐ ์์ฉ์ฒด ์ ์ ๋๋ฌํ๊ฒ ๋๋ค. 3 ๊ฐ์ ๋งค์ง์ ํต๊ณผํ๋ ๊ณผ์ ์์ ๋น์ ํก์๋์ด ๊ฐ์ํ๊ณ , ๋งค์ง์
๋ฐ๋๊ฐ ์๋ก ๋ค๋ฅด๋ฏ๋ก ๊ฒฝ๊ณ๋ฉด์์ ๊ตด์ ๋ฐ ๋ฐ์ฌํ๊ฒ ๋๋ค. ๊ณ์ฐ์ ํต์ฌ์ด ๋๋ ๋น์ ์ด์๊ณผ ์นจ์งํ ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ์์ ๋น์ ์งํ๊ฒฝ๋ก๋ฅผ Fig. 1์ ๋น๊ตํ์๋ค. ๋น์ ์ด์์ 3๊ฐ์ ๊ฒฝ๊ณ๋ฉด์์ ๋น์ด ๋ฐ์ฌ ๋ฐ ๊ตด์ ์ ํ๋ ๋ฐ๋ฉด, ์นจ์งํ์ 2 ๊ฐ์ ๊ฒฝ๊ณ๋ฉด์์ ๋น์ ๋ฐ์ฌ ๋ฐ ๊ตด์ ์ด ์ผ์ด๋๋ฏ๋ก ๊ตด์ ๊ฐ์
๊ณ์ฐํ๊ธฐ ์ํ ์ฐ๋ฆฝ ๋ฐฉ์ ์์ด ๋ ๊ฐ๋จํด์ง๋ค.
๊ฑฐ๋ฆฌ์ ๋ฐ๋ฅธ ๋น์ ๊ฐ๋ ๊ฐ์, ํก์์จ, ๊ตด์ ๋ฅ ๋ฐ ๋ฐ์ฌ์จ์ ๊ฐ๊ฐ ๋ค์ Eqs. (2), (3), (4), (5)์ ๊ฐ๋ค(Liu et al., 2004).
์ฌ๊ธฐ์์, P๋ ์์ธ์ ์ ํ์(Watt); d๋ ๋จํ์ ํ ์ง์ ๊น์ง์ ๊ฑฐ๋ฆฌ(cm); E๋ ๊ทธ ์ง์ ์์์ ์์ธ์ ๊ฐ๋(W/cm2);
๋ โ10 mm ํฌ๊ณผ์จโ % ๊ฐ(%);
๋ ๊ทธ ๋งค์ง์ ์์ธ์ ํก์์จ;
๋ ๋งค์ง
๋ฐ
์ ๊ตด์ ๊ณ์;
๋ฐ
๋ ์์ง์ ์ ๋ํ ๋น์ ์งํ๊ฐ(๊ตด์ ๊ฐ);
๋ ๋งค์ง
์์
๋ก ์งํํ ๋ ๊ฒฝ๊ณ๋ฉด์์์ ๋ฐ์ฌ์จ์ด๋ค.
ํ ๊ฐ์ ๋จํ๋ง ์ค์น๋ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ๊ทธ๋ฆผ์๊ฐ ์๊ธฐ์ง ์์ผ๋ 2 ๊ฐ ์ด์์ ๋จํ๋ฅผ ์ค์นํ๋ฉด ๋จํ ๋ฐ๋์ชฝ์ ๊ทธ๋ฆผ์๊ฐ ์๊ธด๋ค. ์ฆ, 1๋ฒ ๋จํ์ ๋น์ 2๋ฒ
๋จํ ๋ฐ๋์ชฝ์ ๋๋ฌํ์ง ๋ชปํ๋ฏ๋ก ๊ทธ๋งํผ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ ์ฆ๊ฐํ์ง ์๋ ๊ฒ์ด๋ค. ๊ทธ๋ฆผ์ ํจ๊ณผ๋ ์๋ Fig. 2์ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ์ฌ์๊ฐ(
)๋ ๋ค์ Eq. (6)์ผ๋ก ๊ตฌํ ์ ์๋ค. ๋ณธ ๋ชจ๋ธ์์๋ ์ด๋ฌํ ๊ทธ๋ฆผ์ ํจ๊ณผ(shadowing effect)๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ ์ ์๋๋ก ๊ตฌ์ฑํ์๋ค.
์ฌ๊ธฐ์์
์ด๋ค.
์ํ์ ๋ชจ๋ธ์ ๊ตฌ์ฑํ ํ Microsoft Excel VBA (Visual Basic Application)๋ก ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ๊ตฌ์ฑํ์๋ค. Fig. 3์ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์
๋ ฅ ์๋ฃ, ๋ณ์ ๋ฐ ์ต์
์ ํ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ค์ ๊ฒฐ๊ณผ ์ถ๋ ฅ ์ํฌ์ํธ๋ฅผ ํ์ํ์๋๋ฐ 1 ๊ฐ์ ๋ชจ๋๊ณผ 3 ๊ฐ์ ์ ์ ํผ์ผ๋ก ๊ตฌ์ฑํ์ฌ ๊ณ์ฐ ํ
๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๊ทธ๋ํ๋ก๋ ํ์ธํ ์ ์๋๋ก ํ์๋ค. 3 ์ฐจ์ ๋ชจ์๊ฐ ๊ฐ๋ฅํ๊ณ , ํ์ฅ๋๋ณ ์ด๊ท ํจ๊ณผ๊ฐ ๋ค๋ฅด๋ฏ๋ก ์ด๋ฅผ ์ต์
์ผ๋ก ์ ํํ์ฌ ๋จ์ผ ํ์ฅ ํน์ ๋คํ์ฅ์
์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๋ชจ๋ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํ ์ ์๋๋ก ํ์๋ค. ์ฅ๋ฐฉํ ์ด๊ท ์กฐ์ ํ์ํ ์ด๊ท ์กฐ๋ฅผ ์ ํํ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ์ ๊ด์์ ์ผ๋ จ์ ์ ๊ด์์ผ๋ก ๋๋๋ ๊ณ์ฐํ๋
์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ง ๋ฐฉ๋ฒ ์ค์์ LSI (line source integration) ๋ชจ๋ธ, MPSS ๋ชจ๋ธ, MSSS (multiple segment source
summation)๋ชจ๋ธ ๋ชจ๋ ์ ํ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋๋ก ํ์๋ค. ๊ณ์ฐ element ํฌ๊ธฐ์ ๊ฐ์์ ์ ํ์ ๋์ง๋ ์์๋ค. ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ๊ตฌ์ฑํ ํ ์ด๋ฏธ ๋ณด๊ณ ๋
๋ฐ์ดํฐ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๊ฒ์ฆ์ ์ค์ํ์๋ค. Bolton(2000)์ ์์น ์คํ์์ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋ 83.9 mW/cm2๋ฅผ ์ ์ํ์๋๋ฐ Bolton๊ณผ ๋์ผํ ์กฐ๊ฑด์ ๋ณธ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์
๋ ฅํ ํ ๊ณ์ฐํ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 84.7 mW/cm2๋ก์ ๋น์ทํ์๋ค. ๋ํ, Chiu ๋ฑ์ ํ์ผ๋กฏ ์คํ์ ์ํ ๊ณ์ฐ์์ ์์ธ์ ๊ฐ๋ ๋ถํฌ๊ฐ 0.1 โ 27 mW/cm2๋ก ๋ํ๋ฌ๋๋ฐ(Chiu et al., 1999), ๋์ผํ ์กฐ๊ฑด์ ๊ฐ์ ํ๊ณ ๊ณ์ฐํ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์์๋ 0.1 โ 34 mW/cm2๋ก ์์ธก๋์ด ์ถฉ๋ถํ ์ ๋ขฐ์ฑ์ด ์๋ค๊ณ ํ๋จ๋์๋ค.
Fig. 3.
Data Input and Result Display Worksheet of the Simulation Model โ UV3D
๋ชจ๋ธ์ ๊ฒ์ฆ์ ํตํด ์ ๋ขฐ์ฑ์ ์ป์ ์ ์๋ค. ์์ธ์ ๊ฐ๋ ์ฐ์ ๋ชจ๋ธ์ ๊ฒ์ฆ์ ์ค์ ๋ก ๋ฌผ ์์ ์์ธ์ ์ผ์๋ฅผ ์ค์นํ๊ณ , ๋ค์ํ ๊ฑฐ๋ฆฌ์ ์
์ฌ๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ์
์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ค์ธกํ ํ ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ฐ๊ณผ ๋น๊ตํ๋ ๊ฒ์ด๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ๊ฐ๋ฐํ ์นจ์งํ UV3D ๋ชจ๋ธ์ ์๋ก ์์๋ ์ธ๊ธํ์๋ฏ์ด ๋น์ ์ด์ ์์ธ์ ๊ฐ๋ ์ฐ์
๋ชจ๋ธ์ ๊ฐ๋ํ์ฌ ์นจ์งํ ๋ชจ๋ธ๋ก ์ฌ๊ตฌ์ฑํ ๊ฒ์ผ๋ก์ ๊ธฐ๋ณธ ๋ฐฉ์ ์๊ณผ ํด์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๋น์ ์ด์ ๋ชจ๋ธ๊ณผ ๋์ผํ๋ค. ๋น์ ์ด์ ์์ธ์ ๋ชจ๋ธ์ ์ค์ ๋ก ๋ฐฉ์ํ ์์ธ์
์ผ์๋ฅผ ์ค์นํ๊ณ ๋งค์ฐ ์ด์ดํ ๊ฐ๊ฒฉ์ผ๋ก ๋ฌผ ์ ๊ฐ ์์ฉ์ ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ค์ธกํ์ฌ ๊ฒ์ฆํ ๋ฐ ์๋ค(Lee et al., 2014).
3. ์ค๊ณ ์ด๊ท ์กฐ ๋ฐ ๋ชจ์ ์กฐ๊ฑด ์ค์
3.1 ์ด๊ท ์กฐ ์ค๊ณ ์ ์
๊ฒํ ๋์ ์ด๊ท ์กฐ๋ Fig. 4์ ๊ฐ์ด ๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ ๋ฐ ๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ ๊ฐ๊ฐ 1 ๊ฐ์์ด๋ค. ๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ๋ 00๊ตฐ ๊ณต๊ณตํ์์ฒ๋ฆฌ์์ค์ 2์ฐจ์ฒ๋ฆฌ์๋ฅผ ์ฒ๋ฆฌํ๋ ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ์ด๋ค.
์ค๊ณ์ ๋์ 3,000 m3/day์ด๋ฉฐ, ์ด๊ท ์กฐ๋ ์ฅ๋ฐฉํ ์๋ก๋ก์ ์๋ก์ ์ ์์ 250 mmW ร 720 mmH ร 1,440 mmL์ด๋ค. ์ด๊ณณ์ ์ค์น๋ ์์ธ์ ๋จํ๋ Philips
์ฌ์ ์ ์ ์๋ง๊ฐ ๋จํ 12๊ฐ๊ฐ ๋ฌผ ํ๋ฆ ๋ฐฉํฅ๊ณผ ๊ฐ์ ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ์ค์น๋์ด ์๋ค. ๋จํ๋ 240 W ์ถ๋ ฅ์ ์์ธ์ ํจ์จ์ 35 %, ์์ธ์ ์ถ๋ ฅ์ 85
W์ด๋ค. ์ค๊ณ ์ ์์ Table 1๊ณผ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ์ธ๋ก ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก 2 ์ด, 6 ์ธต์ ๋ฑ๊ฐ๊ฒฉ์ผ๋ก ๋จํ๊ฐ ๋ฐฐ์น๋์ด ์๋ค.
Fig. 4.
The Two Types of UV Reactor Used in This Study
Table 1.
Design Parameters for the UV Reactors
Parameter
|
Open channel type
|
Pipe type
|
Design flowrate (m3/day)
|
3,000
|
500
|
Channel dimension (mm)
|
250 Wร720 Hร1,440 L
|
208D
|
Lamp power consumption (W)
|
240
|
150
|
UV output (W)
|
85
|
52
|
Quartz sleeve outer diameter (mm)
|
28
|
28
|
Quartz sleeve thickness (mm)
|
1.5
|
1.5
|
UV lamp arc length (mm)
|
1,440
|
921
|
UV lamp installed (ea)
|
12
|
4
|
Reactor volume (m3)
|
0.259
|
0.0313
|
Total quartz sleeve volume (m3)
|
0.011
|
0.00227
|
Effective reactor volume (m3)
|
0.248
|
0.0290
|
Hydraulic retention time (sec)
|
7.1
|
5.0
|
๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ๋ 00์ 00์ง๊ตฌ์ ์ค๊ณ์ ๋ 500 m3/day์ ๊ณต๊ณตํ์์ฒ๋ฆฌ์์ค์ ์ค์น๋ ์ด๊ท ์กฐ๋ก์ ์คํ
์ธ๋ฆฌ์ค์ ์ํ๊ด๋ก์ด๋ฉฐ ๋ด๊ฒฝ 208 mm์ ๊ธธ์ด 921 mm์ด๋ค. ์ค์น๋ ์์ธ์ ๋จํ๋ LightSources
์ฌ์ ์ ์ ๊ณ ์ถ๋ ฅ ์๋ง๊ฐ ๋จํ์ด๋ฉฐ, ์ด 4 ๊ฐ๊ฐ ๋ฌผ ํ๋ฆ ๋ฐฉํฅ๊ณผ ๊ฐ์ ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ์ค์น๋์ด ์๋ค. ๋จํ ์ถ๋ ฅ์ 150 W์ ์์ธ์ ์ถ๋ ฅ์ 52 W์ด๋ค.
2 ๊ฐ์ ์ด๊ท ์กฐ์๋ ๊ฐ๊ฐ ์์ดํผ ์ค๋ง์ด ์ค์น๋์ด ์์ด ์๋ ์ธ์ฒ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค. EPA(1999)์ ๋ณด๊ณ ์์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด ๋์ฅ๊ท 4-log (99.99 %) ์ ๊ฑฐ๋ฅผ ์ํ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋์ 20 mW-sec/cm2์ด๋ฉฐ, ๋ณธ ์ค๊ณ์์๋ ๋์ฅ๊ท 4-log ์ ๊ฑฐ๋ฅผ ๋ชฉํ๋ก ํ๊ณ ์๋ค.
3.2 ๋ชจ์ ์กฐ๊ฑด ์ค์
์์ธ์ ๊ฐ๋ ์ฐ์ ๋ชจ๋ธ์ ์์์ ์ธ๊ธํ ์ด๊ท ์กฐ ์ ์์ ์
๋ ฅํ๊ณ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์ ์ค์ํ์๋ค. ๊ฐ ๋จํ๋ 2 cm ๊ฐ๊ฒฉ์ผ๋ก ๋ถ๋ฆฌํ์ฌ ์ ๊ด์์ผ๋ก ๊ฐ์ฃผํ์๋ค.
์์ธ์ ๋ ๊ณ์ฐ์ ์ํด x, y, z๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ๊ฐ๊ฐ 0.2 cm, 0.2 cm, 2 cm ๊ฐ๊ฒฉ์ ๊ฒฉ์๋ง์ ๊ตฌ์ฑํ์๋ค. ์์ ์ฌ๋ฆฌ๋ธ๊ฐ ์ฐจ์งํ๋ ๋ถํผ๋ฅผ ์ ์ธํ
๊ณ์ฐ ๊ฒฉ์์๋ ๊ฐ์๋กํ์ด 310๋ง ์ฌ ๊ฐ, ๊ด๋กํ์ด 36๋ง ์ฌ ๊ฐ์ด๋ฉฐ, ๊ฐ ๊ฒฉ์์ ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฐ์ ํ๊ท ํ์ฌ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋(
)๋ก ๊ฐ์ฃผํ์๋ค. ์ค๊ณ๋ณ์ ๊ฐ์ผ๋ก์ ์์ ์ ํฌ๊ณผ์จ์ 85 %, ๋ฌผ์ ํฌ๊ณผ์จ์ 65 %๋ฅผ ๊ฐ์ ํ์๋ค(Bolyard et al., 2019; NWRI, 2012). ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ์ ์ด์ ์ ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ง ๋ณ์์ ๋ฐ๋ผ์ ์ค์ ๊ฐ๋๋ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ณด๋ค ์ค์ด๋ค๊ฒ ๋๋ค. ์ด๋ฌํ ๋ณ์๋ค์๋ ์จ๋ ๋ณํ, ๋จํ ์๋ช
(aging)์
๋ฐ๋ฅธ ์ถ๋ ฅ ๊ฐ์, ํผํฉ ๋ถ๊ท ํ์ ์ํ ๊ฐ์ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์์ ์ฌ๋ฆฌ๋ธ์ ๋ฐ์ํ๋ ํ์ธ๋ง์ผ๋ก ์ธํ ์์ธ์ ํฌ๊ณผ๋ ๊ฐ์ ๋ฑ์ด ์๋ค. ์ค์ ์ค๊ณ์๋ ๋ณด์ ๊ณ์๋ฅผ
๋์
ํ์ฌ ์ด๋ฌํ ๊ฐ์๋ฅผ ๋ฐ์ํ๋๋ฐ ๋ณด์ ๊ณ์๋ ๋จํ์ ์ข
๋ฅ๋ ์ค๊ณ ์กฐ๊ฑด, ์ด์ ๊ฒฝ๊ณผ ์๊ฐ, ํผํฉ ๋ฐฉ๋ฒ, ํ์ธ๋ง ๋ฐฉ์ง ์ฅ์น ์ ๋ฌด ๋ฑ์ ๋ฐ๋ผ์ ํฌ๊ฒ ๋ฌ๋ผ์ง๋ฏ๋ก
ํ์ผ์ ์ธ ๊ฐ์ ์ ์ํ๊ธฐ๋ ์ด๋ ต๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ ์ฉํ ๋ณด์ ๊ณ์ ๊ฐ์ Table 2์ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ ์ฉํ ์ฌ๋ก ์ค๊ณ์์ ์ฑํํ์ฌ ์ฌ์ฉํ ๊ฐ์ด๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ชจ๋ธ๋ง์ ํตํด ์ด๊ท ์กฐ์ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ตฌํ๊ณ , ์ฌ๊ธฐ์ ์จ๋
๋ณด์ ๊ณ์, ๋จํ ์๋ช
๋ณด์ ๊ณ์, ํผํฉ ๋ณด์ ๊ณ์ ๋ฐ ํ์ธ๋ง ๋ณด์ ๊ณ์๋ฅผ ๊ณฑํ์ฌ ์ค๊ณ ์์ธ์ ๊ฐ๋(
)๋ก ํ๊ฐํ์๋ค. ๋ณด์ ๋ ์ค๊ณ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ ๋ค์ Eq. (7)๊ณผ ๊ฐ๋ค.
์ฌ๊ธฐ์์,
๋ ์ค๊ณ ์์ธ์ ๊ฐ๋(mW/cm2);
๋ ๋ชจ๋ธ๋ง์ผ๋ก ๊ณ์ฐํ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋(mW/cm2);
๋ ์จ๋ ๋ณด์ ๊ณ์(-);
๋ ์๋ช
๋ณด์ ๊ณ์(-);
๋ ํผํฉ ๋ณด์ ๊ณ์(-) ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ
๋ ํ์ธ๋ง ๋ณด์ ๊ณ์(-)์ด๋ค.
Table 2.
Design Parameters and Attenuation Factors Used in This Simulation
Parameter
|
Value
|
UV transmittance of quartz sleeve (
, %)
|
85
|
UV transmittance of water (
, %)
|
65
|
Temperature factor (
)
|
0.8
|
Lamp aging factor (
)
|
0.75
|
Mixing factor (
)
|
0.7
|
Fouling factor (
)
|
0.9
|
4. ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ
4.1 ์์ธ์ ๊ฐ๋ ๊ณ์ฐ ๊ฒฐ๊ณผ
๋ชจ๋ธ๋ง์ ํตํด ๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋ ๋ถํฌ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๊ณ ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ Fig. 5์ ํ์ํ์๋ค. (a)๋ xy ํ๋ฉด์์์ ์์ธ์ ๊ฐ๋ ๋ถํฌ๋ก์ ๋จํ๋ฅผ ์ค์ฌ์ผ๋ก ๋์ฌ์์ ๊ทธ๋ฆฌ๋ฉฐ ์ ์ฐจ ์ฝํด์ง๋ ํํ๋ก ๋ํ๋๋ค. ๊ทธ๋ฆผ์์๋ ์ ๋ํ๋๋ณด์ด์ง๋
์์ง๋ง, ๋จํ๋ก๋ถํฐ์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ ๊ฐ์ ์ง์ ์ด๋ผ ํ๋๋ผ๋ 2 ๊ฐ ์ด์์ ๋จํ ๋น์ด ์ค์ฒฉ๋๋ ์ง์ ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 1 ๊ฐ ๋จํ์ผ ๋ ๋ณด๋ค ๋ ๋๊ฒ ๋ํ๋๋ค.
(b)๋ xz ํ๋ฉด์ ํ ๋จ๋ฉด์์์ ์์ธ์ ๊ฐ๋ ๋ถํฌ์ธ๋ฐ, ๋จํ๋ฅผ ๋ฐ๋ผ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ์ผ์ ํ๊ฒ ๋ํ๋์ง๋ง ๋จํ์ ์ ๋๋จ์์๋ ์์ธ์ ์ด ์ค์ด๋๋
๊ฒ์ ๋ณผ ์ ์๋ค. ์ด๊ฒ์ ์ ๊ด์์ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ํ์์ผ๋ก์, ์์ธ์ ๋จํ๋ฅผ ์ผ๋ จ์ ์ ๊ด์์ผ๋ก ๊ฐ์ฃผํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋จํ์ ์ค์ ๋ถ๊ทผ์ ๊ฐ ์ ๊ด์๊น์ง์
๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ ๊ฐ์ฅ ์งง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ๋๊ฒ ๋ํ๋๋ค. ๋ฐ๋๋ก, ๋จํ์ ์ ๋๋จ์์๋ ์ ๊ด์๊น์ง์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ ๋ฉ์ด์ง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๋
๋ฎ๊ฒ ๋ํ๋๋ ๊ฒ์ด๋ค.
Fig. 5.
Illustration of UV Intensity Distribution of Open Channel- Type Reactor in an (a)
x-y Plane at z=72 cm, and (b) x-z Plane at y=30 cm
๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ๋ฌผ ์ ๊ฐ ๊ฒฉ์์ ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ฐ์ ํ๊ท ํ ๊ฐ์ผ๋ก์, ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋(
)๋ 7.87 mW/cm2๋ก ๊ณ์ฐ๋์๋ค. ์ด์ ๊ธฐ๊ฐ ๋์์ ์จ๋, ๋
ธํ, ํผํฉ ๋ฐ ํ์ธ๋ง ๋ฐ์์ ๊ณ ๋ คํ๊ธฐ ์ํ ๋ณด์ ๊ฐ์ Table 2์ ๊ฐ์ด ์ ์ฉํ๋ฉด ์ค์ ์ค๊ณ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 2.97 mW/cm2๋ก ๊ณ์ฐ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ์ค๊ณ ์์ธ์ ๊ฐ๋์ ์๋ฆฌํ์ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ; 7.1 sec๋ฅผ ๊ณฑํ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋์ 21.1 mJ/cm2๋ก ์์ธก๋๋ค. ์ด๊ฒ์ ๋น์ด ์ค๊ณ ๋ชฉํ์ธ 20 mJ/cm2 ๋ณด๋ค 5 % ์ ๋ ํฐ ์์ค์ด๋ ์ ์ํ ๋งํ ์์ค์ ์๋๋ผ๊ณ ์๊ฐ๋๋ค.
์์ธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ํฐ ์ง์ ์ ์์ ์ฌ๋ฆฌ๋ธ์ ๊ฐ์ฅ ๊ทผ์ ํ ์์น๋ก์ 96.01 mW/cm2์๊ณ , ์์ธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ์์ ์ง์ ์ ๋จํ์ ๊ฐ์ฅ ๋ฉ๋ฆฌ ๋จ์ด์ง ์ง์ ์ผ๋ก์ 0.42 mW/cm2๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค.
๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ๋ํด์๋ ์์ธ์ ๊ฐ๋ ๋ถํฌ๋ฅผ ๊ณ์ฐํ ๊ฒฐ๊ณผ 3์ฐจ์์ ์์ธ์ ๊ฐ๋ ๋ถํฌ๋ Fig. 6๊ณผ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ๊ฐ ๊ฒฉ์์ ์ ์ฐ์ ํ๊ท ํ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 13.09 mW/cm2๋ก ๊ณ์ฐ๋์๋ค. ์ด์ ๊ธฐ๊ฐ ๋์์ ์จ๋, ๋
ธํ, ํผํฉ ๋ฐ ํ์ธ๋ง ๋ฐ์์ ๊ณ ๋ คํ๊ธฐ ์ํ ๋ณด์ ๊ฐ์ Table 2์ ๊ฐ์ด ์ ์ฉํ๋ฉด ์ค์ ์ค๊ณ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 4.95 mW/cm2๋ก ๊ณ์ฐ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ฏ๋ก ์ค๊ณ ์์ธ์ ๊ฐ๋์ ์๋ฆฌํ์ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ; 5.0 sec๋ฅผ ๊ณฑํ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋์ 24.8 mJ/cm2๋ก ์์ธก๋๋๋ฐ ์ด ๊ฐ์ ๋น์ด ์ค๊ณ ๋ชฉํ ์กฐ์ฌ๋์ธ 20 mJ/cm2๋ณด๋ค ์ฝ 24 % ๋์ ์์ค์ด๋ค. ์์ธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ํฐ ์ง์ ์ ์์ ์ฌ๋ฆฌ๋ธ์ ๊ฐ์ฅ ๊ฐ๊น์ด ์ง์ ์ผ๋ก์ 90.44 mW/cm2, ์์ธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ์์ ์ง์ ์ ์ด๊ท ์กฐ ๋งจ ๊ฐ์ฅ์๋ฆฌ๋ก์ 0.96 mW/cm2์ด์๋ค.
Fig. 6.
Illustration of UV Intensity Distribution of Pipe-Type Reactor in an (a) x-y Plane
at z=46 cm, and (b) y-z Plane at x=10.4 cm
4.2 ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ ์ค๊ณ์ ์ต์ ํ
๋ชจ๋ธ๋ง์ ๊ฐ์ฅ ํฐ ์ฅ์ ์ ์ด๊ท ์กฐ์ ์ ์, ๋จํ์ ์์น๋ ๋จํ์ ์ถ๋ ฅ, ์
๋ ฅ ์๋ฃ ๋ฑ์ ๋ค์ํ๊ฒ ๋ณํ์์ผ ๊ฐ๋ฉด์ ์์น ์คํ์ ํตํด ํจ์จ์ ์ธ ์ค๊ณ๋ฅผ ์ ํํ
์ ์๋ค๋๋ฐ ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ ์ ์๊ณผ ๋จํ์ถ๋ ฅ์ ๋์ผํ ์กฐ๊ฑด์์ ๋จํ์ ์์น๋ฅผ ๋ฐ๊ฟจ์ ๋ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ์ด๋ป๊ฒ ๋ณํ๋์ง ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํ์๋ค.
ํ์ฌ ์ค๊ณ๋ ๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ๋ ์ด 12 ๊ฐ์ ๋จํ๊ฐ 2 ์ด 6 ๊ฐ ์ธต์ผ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์๋๋ฐ, ํก ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก 1/4๊ณผ 3/4 ์์น์ ๊ฐ๊ฐ ๋จํ๋ฅผ ๋ฐฐ์นํ๊ณ ,
์ข
๋ฐฉํฅ์ผ๋ก๋ 6 ๊ฐ ์ธต์ ๊ฐ๊ฐ 12 cm ๋ฑ๊ฐ๊ฒฉ์ผ๋ก ๋ฐฐ์นํ ๊ฒ์ด๋ค. ์ด ์กฐ๊ฑด์ ๋ชจ๋ธ์ ์
๋ ฅํ์ฌ ๊ณ์ฐํ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 7.87 mW/cm2์ด๋ค. ์ต์ ๋จํ ์์น๋ฅผ ์ฐพ๊ธฐ ์ํด ๋จํ์ ์์น๋ฅผ ํก ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก 0.2 cm์ฉ ๋ณํ์์ผ ๊ฐ๋ฉฐ ๊ณ์ฐ์ ๋ฐ๋ณตํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ Fig. 7(a)์ ํ์ํ์๋ค. ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ํด ๋๋ ๋จํ์ ์์น๊ฐ ์ด๊ท ์กฐ ์ค์ฌ์์ 4.45 cm ๋จ์ด์ง ๊ณณ์ ์ค์นํ ๊ฒฝ์ฐ๋ก์ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 7.94
mW/cm2๋ก ๊ณ์ฐ๋์๋ค. ์ด ๊ฐ์ ๋น์ด 1/4 ๋ฐ 3/4 ์์น์ ์ค์นํ์ ๋๋ณด๋ค ์ฝ 0.9 % ๋ ์ฆ๊ฐํ ๊ฐ์ด๋ค. ์ฆ, ๋จํ์ ์์น ์กฐ์ ๋ง์ผ๋ก ํ๊ท ์์ธ์
๊ฐ๋ ํน์ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋์ ๋๋ฆด ์ ์๋ ๊ฒ์ด๋ค.
Fig. 7.
Average UV Intensities according to the Lamp Position of the (a) Open Channel-Type
Reactor, and (b) Pipe Type Reactor
๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ๊ฒฝ์ฐ(Fig. 6(b))๋ 4 ๊ฐ์ ๋จํ๊ฐ ์ด๊ท ์กฐ ์ค์ฌ์์ ์ํ์ข์ฐ ๋ฐฉ์ฌํ์ผ๋ก ๋ฐฐ์น๋๋ฏ๋ก, ์ด๊ท ์กฐ ์ค์ฌ์ผ๋ก๋ถํฐ ๋จํ ์ค์ฌ๊น์ง์ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๋ณํ์์ผ๊ฐ๋ฉด์ ๊ณ์ฐํ์๋ค. ์์ ๊ณ์ฐํ
์กฐ๊ฑด์ 4 ๊ฐ์ ๋จํ๊ฐ ๊ฐ๊ฐ ์ง๋ฆ์ 1/4๊ณผ 3/4 ๊ฑฐ๋ฆฌ์ ์์นํ ๊ฒฝ์ฐ๋ก์ ์ด๊ท ์กฐ ์ค์ฌ์์๋ ๊ฐ๊ฐ 5.2 cm ๋จ์ด์ง ๊ณณ์ ์ค์น๋ ๊ฒฝ์ฐ์ด๊ณ , ์ด ๊ฒฝ์ฐ
ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 13.09 mW/cm2์ด๋ค. ๋จํ์ ์์น๋ฅผ ์ด๊ท ์กฐ ์ค์ฌ์์ 0.2 cm์ฉ ๋ฐ๊ฟ๊ฐ๋ฉฐ ๊ณ์ฐ ๊ฒฐ๊ณผ, ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ํด ๋๋ ๋จํ์ ์์น๊ฐ ์ด๊ท ์กฐ ์ค์ฌ์์ 4.6 cm
๋จ์ด์ง ๊ณณ์ด๊ณ , ์ด๋์ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 13.15 mW/cm2์ด๋ค. ์ด ๊ฐ์ ์์ 5.2 cm์ธ ๊ฒฝ์ฐ์ธ 13.09 mW/cm2๋ณด๋ค ์ฝ 0.5 % ์ฆ๊ฐํ ๊ฒ์ด๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ๋ ๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์์ ๋ชจ๋ธ์ ์ด์ฉํ ์์น์คํ์ผ๋ก ์ต์ ์ ์์น๋ฅผ ์ฐพ๊ณ , ์ด ์์น์ ๋จํ๋ฅผ ์ค์นํ๋ฉด
ํ์ฌ๋ณด๋ค ๋ ๋์ ์๋
์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ป์ ์ ์์ ๊ฒ์ด๋ค.
๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ํฌ๊ธฐ์ ๋จํ ์์น๋ฅผ ์กฐ์ ํ๋ฉด ๋์ผํ ๋จํ ์์ ๋จํ ์ถ๋ ฅ์์๋ ๋ ๋์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ์ป์ ์ ์๋ค. Fig. 8์ ๋ชจ๋ธ ์์น์คํ์ ํตํด ์ป์ด์ง, ๊ฐ์ ๋ ํํ์ ์ด๊ท ์กฐ๋ฅผ ์์ํ์๋ค. ์ด๊ท ์กฐ์ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ํ์ฌ์ 250 mmW ร 720 mmH ร 1,440 mmL
(Fig. 8(a))์์ 290 mmW ร 620 mmH ร 1,440 mmL (Fig. 8(b))๋ก ๋ฐ๊พธ๋ฉด ์๋ฆฌํ์ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์ ๋์ผํ๊ฒ 7.1 sec๋ก ์ ์งํ๋ฉด์ ๋จํ์ ์์น๋ฅผ ๋ณด๋ค ์ ๋ฆฌํ๊ฒ ๋ฐ๊ฟ ์ ์๋ค. ์ฆ, Fig. 8(b)์ ๊ฐ์ด ์ด๊ท ์กฐ ํฌ๊ธฐ์ ๋ฐฐ์น๋ฅผ ๋ฐ๊ฟ์ ๋ชจ๋ธ ์์น์คํ์ผ๋ก ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๋ฉด ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 7.98 mW/cm2๋ก ์์๋์ด ๋น์ด ์ค๊ณ์ธ ์ด๊ท ์กฐ์์ 1/4 ์์น์ ๋จํ๋ฅผ ์ค์นํ ๋ ๋ณด๋ค๋ ์ฝ 1.4 % ๋ ์ฆ๊ฐํ๋ค. ๋, ์ด๊ท ์กฐ์ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ 407 mmW ร 418
mmH ร 1,440 mmL๋ก ๋ฐ๊พธ๊ณ Fig. 8(c)์ ๊ฐ์ด ๋จํ์ ๋ฐฐ์ด์ 3 ํ 4 ์ด๋ก ์ค์นํ๋ฉด ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 8.45 mW/cm2๋ก ์ฆ๊ฐํ๊ณ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋์ ํ์ฌ๋ณด๋ค 7.4 % ๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐํ 22.7 mJ/cm2๋ฅผ ์ป์ ์ ์๋ค.
Fig. 8.
Optimization of Size and Lamp Position for the Open Channel-Type Reactor: (a) Present,
2ร6 Array, (b) Revised, 2ร6 Array, and (c) Optimized, 3ร4 Array
๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ฐ์ ๋ ํํ๋ Fig. 9(b)์ ๊ฐ์ด 4 ๊ฐ ๋จํ ๋์ 3 ๊ฐ ๋จํ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ๋ ๊ฒฝ์ฐ์ด๋ค. ์ด๊ฒ์ ๋จํ์ ์ถ๋ ฅ์ ํ์ฌ๋ณด๋ค 10 % ๋ ๋์ 165 W๋ฅผ ์ ์ ํ๊ณ , ๋ฐฐ์น๋ฅผ ์ ์ผ๊ฐํ
ํํ๋ก ๋ฐ๊พผ ๊ฒฝ์ฐ์ธ๋ฐ ์ด๋ ๊ฒ ๊ฐ์ ํ๋ฉด ์ค๊ณ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ 10.60 mW/cm2๊ฐ ๋๊ณ , ๋ณด์ ๊ณ์์ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ์ ๊ณฑํ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋์ 20.0 mJ/cm2๋ก ๊ณ์ฐ๋์ด ๋จํ์ ์๋ฅผ 1 ๊ฐ ์ค์ด๋ฉด์๋ ๋ชฉํ ์กฐ์ฌ๋์ ๋ฌ์ฑํ ์ ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๋๋๋ค.
Fig. 9.
Optimization of Lamp Position for the Pipe-Type Reactor (a) Present, Four โ 150 W
Lamps, and (b) Revised, Three โ 165 W Lamps
5. ๊ฒฐ ๋ก
์นจ์งํ ์์ธ์ ์ด๊ท ์กฐ์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ ๊ณ์ฐํ๋ 3 ์ฐจ์ ๋ชจ๋ธ์ ๊ฐ๋ฐํ๊ณ , ์ค์ ํํ์ ์ฒ๋ฆฌ ์์ค์ ์ค์น๋ ๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ์ค๊ณ์ธ์๋ฅผ
์
๋ ฅํ์ฌ ๊ณ์ฐ์ ์ค์ํ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ ๊ฒฐ๋ก ์ ์ป์๋ค.
(1) ์ค๊ณ๋ ๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ ๊ฐ๊ฐ 7.87 mW/cm2, 13.09 mW/cm2๋ก ๊ณ์ฐ๋์์ผ๋ฉฐ, ํผํฉ ๋ถ๊ท ํ ๋ฐ ๋จํ ๋
ธํ ๋ฑ์ ๊ฐ์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ๊ณ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ์๊ฐ์ ๋ฐ์ํ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋์ ๊ฐ๊ฐ 21.1 mJ/cm2, 24.8 mJ/cm2๋ก ์์๋๋ค. ์ด ๊ฐ์ ๋ชฉํ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋ 20 mJ/cm2 ๋ณด๋ค ๊ฐ๊ฐ 5 %, 24 % ๋๊ฒ ์ค๊ณ๋ ๊ฒ์ผ๋ก์, ์๋
์์ค์ ์ฉ๋์ ์ค์ผ ์ฌ์ง๊ฐ ์๋ค๊ณ ํ๋จ๋๋ค.
(2) ๋ชจ๋ธ์ ์ด์ฉํ ์์น์คํ์ ํตํด ์ค๊ณ๋ ์ด๊ท ์กฐ์ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๋ฐ๊พธ์ง ์๊ณ ๋จํ์ ์์น๋ฅผ ์กฐ์ ํ๋ฏ๋ก์จ ๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ํ๊ท ์์ธ์
๊ฐ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ๋์ ์ต์ ๋จํ ์์น๋ฅผ ์ฐพ์ ์ ์๋ค. ๊ฒํ ๋์์ธ ๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ ๋ฐ ๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ ๋จํ์ ์ต์ ์์น๋ ํ์ฌ ์์น๋ณด๋ค๋ ์ค์ฌ ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก
๋ ์ด๋ํ ์์น์ด๋ฉฐ, ์์น ์กฐ์ ๋ง์ผ๋ก ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ ํ์ฌ๋ณด๋ค ๊ฐ๊ฐ 0.9 %, 0.5 % ๋ ๋์ด๋ ์ ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ์์ธก๋๋ค.
(3) ๊ฐ์๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ๊ฒฝ์ฐ ๋์ผํ ์ฒด๋ฅ์๊ฐ๊ณผ ๋์ผํ ๋จํ ์๋์ ์ ์งํ๋ฉด์ ์ด๊ท ์กฐ์ ํฌ๊ธฐ์ ๋จํ์ ์์น๋ฅผ ๋ฐ๊พธ๋ฉด ํ์ฌ๋ณด๋ค ๋ ๋์ ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ฅผ
์ป์ ์ ์๋ค. ์ด๊ท ์กฐ์ ๊ฐ๋ก์ ์ธ๋ก ๋น์จ์ ์กฐ์ ํ๊ณ , ๋จํ์ ๋ฐฐ์น๋ฅผ ๊ธฐํํ์ ์ค์ฌ์ผ๋ก ์ด๋ ๋ฐฐ์นํ๋ฉด ํ๊ท ์์ธ์ ๊ฐ๋๋ ํ์ฌ๋ณด๋ค ์ฝ 7.4 % ๋
์ฆ๊ฐํ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ์ด ๊ฒฝ์ฐ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋์ 22.7 mJ/cm2๋ก ์์๋๋ค.
(4) ์ค๊ณ์ ๋ชจ๋ธ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ค์ํ ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํ๋ฉด ๊ณผ๋์ค๊ณ๋ ๊ณผ์์ค๊ณ๋ฅผ ํผํ ์ ์๋ค. ๊ด๋กํ ์ด๊ท ์กฐ์ ์ฌ๋ก๋ก์ ์ ์ฉํด ๋ณธ ๊ฒฐ๊ณผ, ๊ด๋กํ
์ด๊ท ์กฐ์ ๊ฒฝ์ฐ ๋จํ์ ์๋ฅผ 4๊ฐ์์ 3๊ฐ๋ก 1๊ฐ ์ค์ด๋ ๋์ 10 % ๋ ๋์ ์ถ๋ ฅ์ ๋จํ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ๊ณ ๋ฐฐ์น๋ฅผ ์ต์ ํํ๋ฉด ๋ชฉํ ์์ธ์ ์กฐ์ฌ๋๊ณผ ๊ฐ์
ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ป์ ์ ์๋ค.