Mobile QR Code QR CODE : Journal of the Korean Society of Civil Engineers

  1. ์กฐ์„ ๋Œ€ํ•™๊ต ํ† ๋ชฉ๊ณตํ•™๊ณผ ๋ฐ•์‚ฌ๊ณผ์ • (Chosun University)
  2. ์กฐ์„ ๋Œ€ํ•™๊ต ํ† ๋ชฉ๊ณตํ•™๊ณผ ๊ต์ˆ˜ (Chosun University)
  3. ์ถฉ๋‚จ๋Œ€ํ•™๊ต ํ™˜๊ฒฝ๊ณตํ•™๊ณผ ๊ต์ˆ˜ (Chungnam National University)


UV3D, ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„, MPSS ๋ชจ๋ธ, ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท 
UV3D, Ultraviolet intensity, MPSS model, UV disinfection

  • 1. ์„œ ๋ก 

  • 2. ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ์‚ฐ์ • ๋ชจ๋ธ

  • 3. ์„ค๊ณ„ ์‚ด๊ท ์กฐ ๋ฐ ๋ชจ์˜ ์กฐ๊ฑด ์„ค์ •

  •   3.1 ์‚ด๊ท ์กฐ ์„ค๊ณ„ ์ œ์›

  •   3.2 ๋ชจ์˜ ์กฐ๊ฑด ์„ค์ •

  • 4. ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ

  •   4.1 ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ๊ณ„์‚ฐ ๊ฒฐ๊ณผ

  •   4.2 ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ ์„ค๊ณ„์˜ ์ตœ์ ํ™”

  • 5. ๊ฒฐ ๋ก 

1. ์„œ ๋ก 

์šฐ๋ฆฌ๋‚˜๋ผ์˜ ๊ณต๊ณตํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์‹œ์„ค ๋ฐฉ๋ฅ˜์ˆ˜ ์ˆ˜์งˆ๊ธฐ์ค€์— ์ด๋Œ€์žฅ๊ท ๊ตฐ์ˆ˜ ๊ธฐ์ค€์€ 3,000 ๊ฐœ/mL ์ดํ•˜์ด๋ฉฐ, 2014๋…„ 7์›”๋ถ€ํ„ฐ๋Š” โ… ์ง€์—ญ์— ์žˆ๋Š” ์ผ์ผ ํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์šฉ๋Ÿ‰ 500 m3 ์ด์ƒ์ธ ๊ณต๊ณตํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์‹œ์„ค์˜ ๊ฒฝ์šฐ 1,000 ๊ฐœ/mL ์ดํ•˜๋กœ ๊ฐ•ํ™”๋˜์—ˆ๋‹ค. ํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์ˆ˜๋ฅผ ์†Œ๋…ํ•˜๋Š” ๋ชฉ์ ์€ ์ฒ˜๋ฆฌ์ˆ˜ ์ค‘์— ์ƒ์กดํ•  ์šฐ๋ ค๊ฐ€ ์žˆ๋Š” ๋ณ‘์›์„ฑ ๋ฏธ์ƒ๋ฌผ์„ ์‚ฌ๋ฉธ ๋˜๋Š” ๋ถˆํ™œ์„ฑํ™”ํ•˜์—ฌ ๋ฐฉ๋ฅ˜์ˆ˜์—ญ์˜ ์œ„์ƒ์ ์ธ ์•ˆ์ „์„ฑ์„ ๋†’์ด๋Š”๋ฐ ์žˆ๋‹ค. ํ•˜์ง€๋งŒ ํ•˜์ˆ˜๊ด€๊ฑฐ ์ •๋น„ ์‚ฌ์—… ๋ฐ ํ•˜์ˆ˜๋„ ๋ถ„๋ฅ˜ํ™” ์‚ฌ์—…์„ ์‹ค์‹œํ•œ ์ง€๋ฐฉ์ž์น˜๋‹จ์ฒด๊ฐ€ ๋งŽ๊ณ , ๋ถ„๋‡จ์˜ ์งํˆฌ์ž…์ด ๋Š˜์–ด๋‚˜๋ฉด์„œ ์„ธ๊ท ์— ๋Œ€ํ•œ ์šฐ๋ ค๋„ ์ฆ๊ฐ€ํ•œ ๊ฒƒ์ด ํ˜„์‹ค์ด๋‹ค.

ํ•˜์ˆ˜ ์ค‘ ์ด๋Œ€์žฅ๊ท ๊ตฐ์ˆ˜๋Š” 1 mL ๋‹น ์ˆ˜๋ฐฑ๋งŒ ๋‚ด์ง€ ์ˆ˜์ฒœ๋งŒ ๊ฐœ์ด๊ณ , 2 ์ฐจ ์ฒ˜๋ฆฌ ํ›„์—๋„ 1 mL ๋‹น ์ˆ˜๋ฐฑ ๋‚ด์ง€ ์ˆ˜๋งŒ ๊ฐœ์— ๋‹ฌํ•œ๋‹ค(Ministry of Environment, 2011). ํ•„์ž๊ฐ€ ์ฐธ์—ฌํ•œ ํ•œ ์—ฐ๊ตฌ์—์„œ ๊ตญ๋‚ด ํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์žฅ 2 ์ฐจ ์ฒ˜๋ฆฌ์ˆ˜์˜ ์ด๋Œ€์žฅ๊ท ๊ตฐ์ˆ˜๋ฅผ 8ร—102 ~ 8ร—103 ๊ฐœ/mL๋กœ ๋ณด๊ณ ํ•œ ๋ฐ” ์žˆ๋‹ค(Kim et al., 2016).

ํ•˜์ˆ˜์˜ ์‚ด๊ท ์—๋Š” ์—ผ์†Œ๊ฐ€์Šค ์ฃผ์ž…์ด๋‚˜ ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท , ์ด์‚ฐํ™”์—ผ์†Œ ์ฃผ์ž… ๋“ฑ์˜ ๋ฐฉ๋ฒ•์ด ์‚ฌ์šฉ๋˜๋Š”๋ฐ ์šฐ๋ฆฌ๋‚˜๋ผ๋Š” ๊ทธ์ค‘์—์„œ๋„ ์—ผ์†Œ ํ˜น์€ ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์ด ๋Œ€๋ถ€๋ถ„์ด๋‹ค. ํŠนํžˆ ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์ด ๊พธ์ค€ํžˆ ์ฆ๊ฐ€ํ•˜์—ฌ 2018 ๋…„ ๊ธฐ์ค€ ์ „์ฒด 4,111 ๊ฐœ ๊ณต๊ณตํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์‹œ์„ค ์ค‘ 90 % ์ด์ƒ์ธ 3,708 ๊ฐœ ์‹œ์„ค์ด ์ž์™ธ์„  ํ˜น์€ ์ž์™ธ์„ ๊ณผ ๊ธฐํƒ€ ์‚ด๊ท ๋ฒ•์„ ํ˜ผํ•ฉํ•œ ๋ฐฉ๋ฒ•์œผ๋กœ ์‚ด๊ท ํ•˜๊ณ  ์žˆ๋‹ค(Ministry of Environment, 2019). ์ด๋Š” 2013 ๋…„์— ์ „์ฒด ๊ณต๊ณตํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์‹œ์„ค์˜ 62 %์ธ 2,333 ๊ฐœ ์‹œ์„ค์ด ์ž์™ธ์„  ๋˜๋Š” ์ž์™ธ์„  ๋ฐ ๊ธฐํƒ€ ์‚ด๊ท ๋ฒ• ํ˜ผํ•ฉ ๋ฐฉ๋ฒ•์œผ๋กœ ์ฒ˜๋ฆฌํ•œ ๊ฒƒ๊ณผ ๋น„๊ตํ•˜๋ฉด ํฌ๊ฒŒ ์ฆ๊ฐ€ํ•œ ์ˆ˜์น˜์ด๋‹ค.

์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์€ ์—ผ์†Œ ์†Œ๋…๋ฒ•๊ณผ ๊ฐ™์€ ํ™”ํ•™์  ๋ฐฉ๋ฒ• ๋ณด๋‹ค ์šด์ „์ด ์‰ฝ๊ณ , ํŠธ๋ฆฌํ• ๋กœ๋ฉ”ํƒ„๊ณผ ๊ฐ™์€ ์†Œ๋…๋ถ€์‚ฐ๋ฌผ์ด ์—†์œผ๋ฉฐ, ๋ณ‘์›๊ท ๋ฟ๋งŒ ์•„๋‹ˆ๋ผ Cryptosporidium์ด๋‚˜ Giardia์™€ ๊ฐ™์€ ์›์ƒ๋™๋ฌผ์„ ๋ถˆํ™œ์„ฑํ™”ํ•˜๋Š”๋ฐ ํšจ๊ณผ์ ์ธ ๊ฒƒ์œผ๋กœ ์•Œ๋ ค์ ธ ์žˆ๋‹ค. ํŠนํžˆ ํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์žฅ ๋ฐฉ๋ฅ˜์ˆ˜ ์‚ด๊ท ์˜ ๊ฒฝ์šฐ ์†Œ๋…๋ ฅ์ด ๊ฐ•ํ•˜๋ฉด์„œ๋„ ์ž”๋ฅ˜ ๋…์„ฑ์ด ์—†์–ด์•ผ ํ•˜๋Š”๋ฐ(Ministry of Environment, 2011) ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์€ ์ด๋Ÿฌํ•œ ์š”๊ฑด์„ ๋งŒ์กฑ์‹œํ‚จ๋‹ค๊ณ  ํ•  ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค. ๋‹ค๋งŒ, ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์€ ๋ฌผ์˜ ํƒ๋„๋‚˜ ๋ถ€์œ ๋ฌผ์งˆ ๋†๋„์˜ ์˜ํ–ฅ์„ ๋ฐ›๋Š”๋ฐ, ํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์žฅ ์ด์ฐจ์ฒ˜๋ฆฌ์ˆ˜์˜ ๋ถ€์œ ๋ฌผ์งˆ ๋†๋„๊ฐ€ 30 mg/L ์ด์ƒ์ด๋ฉด ์ €์•• ์ž์™ธ์„  ๋žจํ”„๋ฅผ ์ด์šฉํ•œ ์‚ด๊ท ์€ ๊ทธ๋‹ค์ง€ ํšจ๊ณผ์ ์ด์ง€ ์•Š๋‹ค๋Š” ๋ณด๊ณ ๋„ ์žˆ๋‹ค(EPA, 1999).

ํ™”ํ•™์  ์‚ด๊ท ์—์„œ ์‚ด๊ท ๋ ฅ์€ ์ฃผ์ž…๋†๋„ ๋ฐ ์ ‘์ด‰์‹œ๊ฐ„์— ๋น„๋ก€ํ•˜๋“ฏ์ด ์ž์™ธ์„ ์˜ ์‚ด๊ท ๋ ฅ์€ ์ž์™ธ์„ ์˜ ๊ฐ•๋„ ๋ฐ ๋…ธ์ถœ์‹œ๊ฐ„์— ๋น„๋ก€ํ•œ๋‹ค. ๊ทธ๋ž˜์„œ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰(UV dose, ultraviolet dose)์€ ์ด ๋‘ ์ธ์ž์˜ ๊ณฑ์œผ๋กœ ๊ฐ„์ฃผํ•˜๋ฉฐ ๋‹ค์Œ๊ณผ ๊ฐ™๋‹ค.

(1)
U V   d o s e ( m J / c m 2 ) = U V   โˆซ e n s i t y ( m W / c m 2 ) ร— c o n t a c t   t i m e ( sec )

๋Œ€์žฅ๊ท  ์ œ๊ฑฐ๋ฅผ ์ฃผ๋ชฉ์ ์œผ๋กœ ํ•˜๋Š” ํ•˜์ˆ˜ ๋ฐฉ๋ฅ˜์ˆ˜์˜ ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์‹œ ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์€ ์šฐ๋ฆฌ๋‚˜๋ผ ํ•˜์ˆ˜๋„์‹œ์„ค๊ธฐ์ค€์—์„œ๋Š” ์ˆ˜์‹ญ ฮผJ/cm2 ๋ฒ”์œ„๋กœ ์ œ์‹œํ•˜๊ณ  ์žˆ์œผ๋‚˜(Ministry of Environment, 2011) ๋งŽ์€ ๋ฌธํ—Œ๋“ค์—์„œ๋Š” ํ•˜์ˆ˜ 2 ์ฐจ ์ฒ˜๋ฆฌ์ˆ˜ ๋Œ€์žฅ๊ท  ์ œ๊ฑฐ๋ฅผ ์œ„ํ•œ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์œผ๋กœ์„œ ์ˆ˜์‹ญ mJ/cm2๋ฅผ ์‚ฌ์šฉํ•˜๊ณ  ์žˆ๋‹ค(Andreadakis et al., 1999; Gilboa and Friedler, 2008; Hallmich and Gehr, 2010). ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„(UV intensity)๋Š” ๊ด‘์›๊ณผ์˜ ๊ฑฐ๋ฆฌ์— ๋”ฐ๋ผ ์—ญ์ œ๊ณฑ์— ๋น„๋ก€ํ•˜์—ฌ ๊ฐ์†Œํ•˜๊ณ , ๋น›์˜ ํŠน์„ฑ์ธ ๊ตด์ ˆ(refraction), ๋ฐ˜์‚ฌ(reflection), ํก์ˆ˜(adsorption)๊ฐ€ ์ผ์–ด๋‚œ๋‹ค. ๋”ฐ๋ผ์„œ ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ๋ฅผ ๋Œ€ํ‘œํ•˜๋Š” ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ๊ณ„์‚ฐํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•ด์„œ๋Š” ์ด์™€ ๊ฐ™์€ ๋น›์˜ ํŠน์„ฑ์„ ๊ณ ๋ คํ•œ ์ž์™ธ์„  ๋ถ„ํฌ ๋ชจ๋ธ์„ ๋งŒ๋“ค๊ณ , ์‚ด๊ท ์กฐ ์ „ ์˜์—ญ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ๊ฐ๊ฐ ๊ณ„์‚ฐํ•œ ํ›„ ๊ฐ ์ง€์ ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ํ‰๊ท ํ•˜์—ฌ ๋Œ€ํ‘œ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋กœ ๋ณด๋Š” ๊ฒƒ์ด ๊ฐ€์žฅ ํ•ฉ๋ฆฌ์ ์ด๋‹ค. ํ•˜์ง€๋งŒ ์•ˆํƒ€๊น๊ฒŒ๋„ ์šฐ๋ฆฌ๋‚˜๋ผ์—์„œ ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ๋ฅผ ์„ค๊ณ„ํ•  ๋•Œ ๋งŽ์€ ๊ฒฝ์šฐ ์œ„์™€ ๊ฐ™์€ ์ˆ˜ํ•™์  ๋ชจ๋ธ์— ๊ทผ๊ฑฐํ•˜์—ฌ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ๊ณ„์‚ฐํ•˜์ง€ ์•Š๊ณ , ๊ฒฝํ—˜์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ•์„ ์‚ฌ์šฉํ•˜์—ฌ ์„ค๊ณ„ํ•˜๋Š” ๊ฒฝ์šฐ๊ฐ€ ๋งŽ๋‹ค. ๋ณด๋‹ค ๊ฐœ์„ ๋œ ๊ฒฝ์šฐ๋ผ ํ•˜๋”๋ผ๋„ ๊ตด์ ˆ์ด๋‚˜ ๋ฐ˜์‚ฌ๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ•˜์ง€ ์•Š๊ณ  ๋‹จ์ˆœํ™”๋œ ์—ญ์ œ๊ณฑ๋ฒ•์น™์— ๋ฌผ์—์„œ์˜ ์ž์™ธ์„  ํก์ˆ˜๋Ÿ‰๋งŒ์„ ๊ณ ๋ คํ•˜์—ฌ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋กœ ๊ฐ„์ฃผํ•œ๋‹ค. ์ด๋Ÿฌํ•œ ์„ค๊ณ„ ๋ฐฉ๋ฒ•์€ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„์— ๋Œ€ํ•œ ํ™•์‹ ์ด ์—†๊ธฐ ๋•Œ๋ฌธ์— ํ•„์š” ์ด์ƒ์œผ๋กœ ๋งŽ์€ ์ž์™ธ์„  ๋žจํ”„๋ฅผ ์„ค์น˜ํ•˜๊ฒŒ ๋˜๊ณ , ๊ณผ๋Œ€ ์„ค๊ณ„๊ฐ€ ๋˜๊ธฐ ์‰ฝ๋‹ค.

๋ณธ ์—ฐ๊ตฌ์—์„œ๋Š” ๊ธฐ ๊ฐœ๋ฐœํ•œ ๋น„์ ‘์ด‰์‹ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ๋ถ„ํฌ ๋ชจ๋ธ(Kim, 2008; Kim et al., 2016; Lee et al., 2014)์„ ์นจ์ง€ํ˜•์œผ๋กœ ๊ฐœ๋Ÿ‰ํ•œ UV3D (UV three dimension) ๋ชจ๋ธ์„ ๊ฐœ๋ฐœํ•˜๊ณ , ์ด ๋ชจ๋ธ์„ ์‚ฌ์šฉํ•˜์—ฌ ๊ตญ๋‚ด์— ์„ค์น˜ ์šด์˜ ์ค‘์ธ ์นจ์ง€ํ˜• ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ์„ค๊ณ„์— ์ ์šฉํ•˜์—ฌ ๋ณด๋‹ค ํšจ์œจ์ ์ธ ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ ์„ค๊ณ„ ๋ฐฉ๋ฒ•์„ ์ œ์‹œํ•˜๊ณ ์ž ํ•˜์˜€๋‹ค.

2. ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ์‚ฐ์ • ๋ชจ๋ธ

์ž์™ธ์„  ๋žจํ”„๋Š” ์ง์„ ํ˜•์ด ๋งŽ์ด ์‚ฌ์šฉ๋œ๋‹ค. ์ง์„ ํ˜• ๋žจํ”„๋Š” ์„  ๊ด‘์›์ด๋ฏ€๋กœ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ๋ถ„ํฌ๋ฅผ ๊ณ„์‚ฐํ•  ๋•Œ๋Š” MPSS (multiple point source summation) ๋ฐฉ๋ฒ•์œผ๋กœ์„œ, ์„  ๊ด‘์›์„ ์ผ๋ จ์˜ ์  ๊ด‘์›(point source)์œผ๋กœ ๊ฐ„์ฃผํ•˜๊ณ , ์–ด๋–ค ํ•œ ์ (receptor point)์— ๋„๋‹ฌํ•˜๋Š” ๋ชจ๋“  ์  ๊ด‘์›์˜ ๋น› ๊ฐ•๋„๋ฅผ ๋ˆ„์ ํ•˜์—ฌ ๊ณ„์‚ฐํ•œ๋‹ค. ์ž์™ธ์„ ์˜ ๋ฐœ์ƒ์›์ธ ๋žจํ”„๋Š” ๋ณดํ†ต ์ˆ˜์ • ์Šฌ๋ฆฌ๋ธŒ ์•ˆ์— ์„ค์น˜ํ•˜์—ฌ ๋žจํ”„์™€ ๋ฌผ์ด ์ง์ ‘ ์ ‘์ด‰ํ•˜์ง€ ์•Š๋„๋ก ํ•˜๋Š”๋ฐ ์ด ๋•Œ๋ฌธ์— ๋น›์€ ๊ณต๊ธฐ์ธต-์ˆ˜์ •์ธต-๋ฌผ์ธต์„ ์ˆœ์ฐจ์ ์œผ๋กœ ํ†ต๊ณผํ•˜๋ฉฐ ์ˆ˜์šฉ์ฒด ์ ์— ๋„๋‹ฌํ•˜๊ฒŒ ๋œ๋‹ค. 3 ๊ฐœ์˜ ๋งค์งˆ์„ ํ†ต๊ณผํ•˜๋Š” ๊ณผ์ •์—์„œ ๋น›์€ ํก์ˆ˜๋˜์–ด ๊ฐ์‡„ํ•˜๊ณ , ๋งค์งˆ์˜ ๋ฐ€๋„๊ฐ€ ์„œ๋กœ ๋‹ค๋ฅด๋ฏ€๋กœ ๊ฒฝ๊ณ„๋ฉด์—์„œ ๊ตด์ ˆ ๋ฐ ๋ฐ˜์‚ฌํ•˜๊ฒŒ ๋œ๋‹ค. ๊ณ„์‚ฐ์˜ ํ•ต์‹ฌ์ด ๋˜๋Š” ๋น„์ ‘์ด‰์‹๊ณผ ์นจ์ง€ํ˜• ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ์—์„œ ๋น›์˜ ์ง„ํ–‰๊ฒฝ๋กœ๋ฅผ Fig. 1์— ๋น„๊ตํ•˜์˜€๋‹ค. ๋น„์ ‘์ด‰์‹์€ 3๊ฐœ์˜ ๊ฒฝ๊ณ„๋ฉด์—์„œ ๋น›์ด ๋ฐ˜์‚ฌ ๋ฐ ๊ตด์ ˆ์„ ํ•˜๋Š” ๋ฐ˜๋ฉด, ์นจ์ง€ํ˜•์€ 2 ๊ฐœ์˜ ๊ฒฝ๊ณ„๋ฉด์—์„œ ๋น›์˜ ๋ฐ˜์‚ฌ ๋ฐ ๊ตด์ ˆ์ด ์ผ์–ด๋‚˜๋ฏ€๋กœ ๊ตด์ ˆ๊ฐ์„ ๊ณ„์‚ฐํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•œ ์—ฐ๋ฆฝ ๋ฐฉ์ •์‹์ด ๋” ๊ฐ„๋‹จํ•ด์ง„๋‹ค.

Fig. 1.

UV Light Pathway in a Non-contact or Submerged-Type Photoreactor (Jeon et al., 2012)

Figure_KSCE_41_05_04_F1.jpg

๊ฑฐ๋ฆฌ์— ๋”ฐ๋ฅธ ๋น›์˜ ๊ฐ•๋„ ๊ฐ์†Œ, ํก์ˆ˜์œจ, ๊ตด์ ˆ๋ฅ  ๋ฐ ๋ฐ˜์‚ฌ์œจ์€ ๊ฐ๊ฐ ๋‹ค์Œ Eqs. (2), (3), (4), (5)์™€ ๊ฐ™๋‹ค(Liu et al., 2004).

(2)
E = P 4 ฯ€ d 2
(3)
T 1 0 ' 100 = e - ฮฑ
(4)
n i sin ฮธ i = n j sin ฮธ j
(5)
R i j = 1 2 n j cos ฮธ i - n i cos ฮธ j n i cos ฮธ j + n j cos ฮธ i 2 + n i cos ฮธ i - n j cos ฮธ j n i cos ฮธ i + n j cos ฮธ j 2

์—ฌ๊ธฐ์—์„œ, P๋Š” ์ž์™ธ์„ ์˜ ํŒŒ์›Œ(Watt); d๋Š” ๋žจํ”„์™€ ํ•œ ์ง€์ ๊นŒ์ง€์˜ ๊ฑฐ๋ฆฌ(cm); E๋Š” ๊ทธ ์ง€์ ์—์„œ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„(W/cm2); T 10 ' ๋Š” โ€œ10 mm ํˆฌ๊ณผ์œจโ€ % ๊ฐ’(%); ฮฑ ๋Š” ๊ทธ ๋งค์งˆ์˜ ์ž์™ธ์„  ํก์ˆ˜์œจ; n i ,   n j ๋Š” ๋งค์งˆ i ๋ฐ j ์˜ ๊ตด์ ˆ๊ณ„์ˆ˜; ฮธ i ๋ฐ ฮธ j ๋Š” ์ˆ˜์ง์„ ์— ๋Œ€ํ•œ ๋น›์˜ ์ง„ํ–‰๊ฐ(๊ตด์ ˆ๊ฐ); R i j ๋Š” ๋งค์งˆ i ์—์„œ j ๋กœ ์ง„ํ–‰ํ•  ๋•Œ ๊ฒฝ๊ณ„๋ฉด์—์„œ์˜ ๋ฐ˜์‚ฌ์œจ์ด๋‹ค.

ํ•œ ๊ฐœ์˜ ๋žจํ”„๋งŒ ์„ค์น˜๋œ ๊ฒฝ์šฐ์—๋Š” ๊ทธ๋ฆผ์ž๊ฐ€ ์ƒ๊ธฐ์ง€ ์•Š์œผ๋‚˜ 2 ๊ฐœ ์ด์ƒ์˜ ๋žจํ”„๋ฅผ ์„ค์น˜ํ•˜๋ฉด ๋žจํ”„ ๋ฐ˜๋Œ€์ชฝ์— ๊ทธ๋ฆผ์ž๊ฐ€ ์ƒ๊ธด๋‹ค. ์ฆ‰, 1๋ฒˆ ๋žจํ”„์˜ ๋น›์€ 2๋ฒˆ ๋žจํ”„ ๋ฐ˜๋Œ€์ชฝ์— ๋„๋‹ฌํ•˜์ง€ ๋ชปํ•˜๋ฏ€๋กœ ๊ทธ๋งŒํผ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” ์ฆ๊ฐ€ํ•˜์ง€ ์•Š๋Š” ๊ฒƒ์ด๋‹ค. ๊ทธ๋ฆผ์ž ํšจ๊ณผ๋Š” ์•„๋ž˜ Fig. 2์™€ ๊ฐ™์œผ๋ฉฐ, ์‚ฌ์ž‡๊ฐ( ฮฑ )๋Š” ๋‹ค์Œ Eq. (6)์œผ๋กœ ๊ตฌํ•  ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค. ๋ณธ ๋ชจ๋ธ์—์„œ๋Š” ์ด๋Ÿฌํ•œ ๊ทธ๋ฆผ์ž ํšจ๊ณผ(shadowing effect)๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ•  ์ˆ˜ ์žˆ๋„๋ก ๊ตฌ์„ฑํ•˜์˜€๋‹ค.

(6)
tan ฮฑ = a โ†’ ยท b โ†’ | a โ†’ | ยท | b โ†’ |

์—ฌ๊ธฐ์—์„œ a โ†’ = ( ( x 3 - x 1 ) ,   ( y 3 - y 1 ) ,   ( z 3 - z 1 ) ) ,   b โ†’ = ( ( x 4 - x 1 ) ,   ( y 4 - y 1 ) ,   ( z 4 - z 1 ) ) ์ด๋‹ค.

Fig. 2.

Shadowing Effect

Figure_KSCE_41_05_04_F2.jpg

์ˆ˜ํ•™์  ๋ชจ๋ธ์„ ๊ตฌ์„ฑํ•œ ํ›„ Microsoft Excel VBA (Visual Basic Application)๋กœ ํ”„๋กœ๊ทธ๋žจ์„ ๊ตฌ์„ฑํ•˜์˜€๋‹ค. Fig. 3์— ํ”„๋กœ๊ทธ๋žจ์˜ ์ž…๋ ฅ ์ž๋ฃŒ, ๋ณ€์ˆ˜ ๋ฐ ์˜ต์…˜ ์„ ํƒ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ  ์ค‘์š” ๊ฒฐ๊ณผ ์ถœ๋ ฅ ์›Œํฌ์‹œํŠธ๋ฅผ ํ‘œ์‹œํ•˜์˜€๋Š”๋ฐ 1 ๊ฐœ์˜ ๋ชจ๋“ˆ๊ณผ 3 ๊ฐœ์˜ ์œ ์ €ํผ์œผ๋กœ ๊ตฌ์„ฑํ•˜์—ฌ ๊ณ„์‚ฐ ํ›„ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๊ทธ๋ž˜ํ”„๋กœ๋„ ํ™•์ธํ•  ์ˆ˜ ์žˆ๋„๋ก ํ•˜์˜€๋‹ค. 3 ์ฐจ์› ๋ชจ์˜๊ฐ€ ๊ฐ€๋Šฅํ•˜๊ณ , ํŒŒ์žฅ๋Œ€๋ณ„ ์‚ด๊ท  ํšจ๊ณผ๊ฐ€ ๋‹ค๋ฅด๋ฏ€๋กœ ์ด๋ฅผ ์˜ต์…˜์œผ๋กœ ์„ ํƒํ•˜์—ฌ ๋‹จ์ผ ํŒŒ์žฅ ํ˜น์€ ๋‹คํŒŒ์žฅ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ๋ชจ๋‘ ์‹œ๋ฎฌ๋ ˆ์ด์…˜ํ•  ์ˆ˜ ์žˆ๋„๋ก ํ•˜์˜€๋‹ค. ์žฅ๋ฐฉํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์™€ ํƒ€์›ํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ๋ฅผ ์„ ํƒํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์œผ๋ฉฐ, ์„  ๊ด‘์›์„ ์ผ๋ จ์˜ ์  ๊ด‘์›์œผ๋กœ ๋‚˜๋ˆ„๋Š” ๊ณ„์‚ฐํ•˜๋Š” ์—ฌ๋Ÿฌ ๊ฐ€์ง€ ๋ฐฉ๋ฒ• ์ค‘์—์„œ LSI (line source integration) ๋ชจ๋ธ, MPSS ๋ชจ๋ธ, MSSS (multiple segment source summation)๋ชจ๋ธ ๋ชจ๋‘ ์„ ํƒ์ด ๊ฐ€๋Šฅํ•˜๋„๋ก ํ•˜์˜€๋‹ค. ๊ณ„์‚ฐ element ํฌ๊ธฐ์™€ ๊ฐœ์ˆ˜์— ์ œํ•œ์„ ๋‘์ง€๋Š” ์•Š์•˜๋‹ค. ํ”„๋กœ๊ทธ๋žจ์„ ๊ตฌ์„ฑํ•œ ํ›„ ์ด๋ฏธ ๋ณด๊ณ ๋œ ๋ฐ์ดํ„ฐ๋ฅผ ์‚ฌ์šฉํ•˜์—ฌ ๊ฒ€์ฆ์„ ์‹ค์‹œํ•˜์˜€๋‹ค. Bolton(2000)์€ ์ˆ˜์น˜ ์‹คํ—˜์—์„œ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ 83.9 mW/cm2๋ฅผ ์ œ์‹œํ•˜์˜€๋Š”๋ฐ Bolton๊ณผ ๋™์ผํ•œ ์กฐ๊ฑด์„ ๋ณธ ํ”„๋กœ๊ทธ๋žจ์— ์ž…๋ ฅํ•œ ํ›„ ๊ณ„์‚ฐํ•œ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 84.7 mW/cm2๋กœ์„œ ๋น„์Šทํ•˜์˜€๋‹ค. ๋˜ํ•œ, Chiu ๋“ฑ์˜ ํŒŒ์ผ๋กฏ ์‹คํ—˜์„ ์œ„ํ•œ ๊ณ„์‚ฐ์—์„œ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ๋ถ„ํฌ๊ฐ€ 0.1 โ€“ 27 mW/cm2๋กœ ๋‚˜ํƒ€๋‚ฌ๋Š”๋ฐ(Chiu et al., 1999), ๋™์ผํ•œ ์กฐ๊ฑด์„ ๊ฐ€์ •ํ•˜๊ณ  ๊ณ„์‚ฐํ•œ ๋ณธ ์—ฐ๊ตฌ์˜ ์‹œ๋ฎฌ๋ ˆ์ด์…˜์—์„œ๋„ 0.1 โ€“ 34 mW/cm2๋กœ ์˜ˆ์ธก๋˜์–ด ์ถฉ๋ถ„ํžˆ ์‹ ๋ขฐ์„ฑ์ด ์žˆ๋‹ค๊ณ  ํŒ๋‹จ๋˜์—ˆ๋‹ค.

Fig. 3.

Data Input and Result Display Worksheet of the Simulation Model โ€“ UV3D

Figure_KSCE_41_05_04_F3.jpg

๋ชจ๋ธ์€ ๊ฒ€์ฆ์„ ํ†ตํ•ด ์‹ ๋ขฐ์„ฑ์„ ์–ป์„ ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค. ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ์‚ฐ์ • ๋ชจ๋ธ์˜ ๊ฒ€์ฆ์€ ์‹ค์ œ๋กœ ๋ฌผ ์†์— ์ž์™ธ์„  ์„ผ์„œ๋ฅผ ์„ค์น˜ํ•˜๊ณ , ๋‹ค์–‘ํ•œ ๊ฑฐ๋ฆฌ์™€ ์ž…์‚ฌ๊ฐ์— ๋”ฐ๋ผ์„œ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ์‹ค์ธกํ•œ ํ›„ ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ฐ’๊ณผ ๋น„๊ตํ•˜๋Š” ๊ฒƒ์ด๋‹ค. ๋ณธ ์—ฐ๊ตฌ์—์„œ ๊ฐœ๋ฐœํ•œ ์นจ์ง€ํ˜• UV3D ๋ชจ๋ธ์€ ์„œ๋ก ์—์„œ๋„ ์–ธ๊ธ‰ํ•˜์˜€๋“ฏ์ด ๋น„์ ‘์ด‰์‹ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ์‚ฐ์ • ๋ชจ๋ธ์„ ๊ฐœ๋Ÿ‰ํ•˜์—ฌ ์นจ์ง€ํ˜• ๋ชจ๋ธ๋กœ ์žฌ๊ตฌ์„ฑํ•œ ๊ฒƒ์œผ๋กœ์„œ ๊ธฐ๋ณธ ๋ฐฉ์ •์‹๊ณผ ํ•ด์„ ๋ฐฉ๋ฒ•์€ ๋น„์ ‘์ด‰์‹ ๋ชจ๋ธ๊ณผ ๋™์ผํ•˜๋‹ค. ๋น„์ ‘์ด‰์‹ ์ž์™ธ์„  ๋ชจ๋ธ์€ ์‹ค์ œ๋กœ ๋ฐฉ์ˆ˜ํ˜• ์ž์™ธ์„  ์„ผ์„œ๋ฅผ ์„ค์น˜ํ•˜๊ณ  ๋งค์šฐ ์ด˜์ด˜ํ•œ ๊ฐ„๊ฒฉ์œผ๋กœ ๋ฌผ ์† ๊ฐ ์ˆ˜์šฉ์ ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ์‹ค์ธกํ•˜์—ฌ ๊ฒ€์ฆํ•œ ๋ฐ” ์žˆ๋‹ค(Lee et al., 2014).

3. ์„ค๊ณ„ ์‚ด๊ท ์กฐ ๋ฐ ๋ชจ์˜ ์กฐ๊ฑด ์„ค์ •

3.1 ์‚ด๊ท ์กฐ ์„ค๊ณ„ ์ œ์›

๊ฒ€ํ†  ๋Œ€์ƒ ์‚ด๊ท ์กฐ๋Š” Fig. 4์™€ ๊ฐ™์ด ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ ๋ฐ ๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ ๊ฐ๊ฐ 1 ๊ฐœ์†Œ์ด๋‹ค. ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ๋Š” 00๊ตฐ ๊ณต๊ณตํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์‹œ์„ค์˜ 2์ฐจ์ฒ˜๋ฆฌ์ˆ˜๋ฅผ ์ฒ˜๋ฆฌํ•˜๋Š” ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ์ด๋‹ค. ์„ค๊ณ„์œ ๋Ÿ‰์€ 3,000 m3/day์ด๋ฉฐ, ์‚ด๊ท ์กฐ๋Š” ์žฅ๋ฐฉํ˜• ์ˆ˜๋กœ๋กœ์„œ ์ˆ˜๋กœ์˜ ์ œ์›์€ 250 mmW ร— 720 mmH ร— 1,440 mmL์ด๋‹ค. ์ด๊ณณ์— ์„ค์น˜๋œ ์ž์™ธ์„  ๋žจํ”„๋Š” Philips ์‚ฌ์˜ ์ €์•• ์•„๋ง๊ฐ ๋žจํ”„ 12๊ฐœ๊ฐ€ ๋ฌผ ํ๋ฆ„ ๋ฐฉํ–ฅ๊ณผ ๊ฐ™์€ ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ ์„ค์น˜๋˜์–ด ์žˆ๋‹ค. ๋žจํ”„๋Š” 240 W ์ถœ๋ ฅ์— ์ž์™ธ์„  ํšจ์œจ์€ 35 %, ์ž์™ธ์„  ์ถœ๋ ฅ์€ 85 W์ด๋‹ค. ์„ค๊ณ„ ์ œ์›์€ Table 1๊ณผ ๊ฐ™์œผ๋ฉฐ, ์„ธ๋กœ ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ 2 ์—ด, 6 ์ธต์˜ ๋“ฑ๊ฐ„๊ฒฉ์œผ๋กœ ๋žจํ”„๊ฐ€ ๋ฐฐ์น˜๋˜์–ด ์žˆ๋‹ค.

Fig. 4.

The Two Types of UV Reactor Used in This Study

Figure_KSCE_41_05_04_F4.jpg

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 Wร—720 Hร—1,440 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

๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ๋Š” 00์‹œ 00์ง€๊ตฌ์˜ ์„ค๊ณ„์œ ๋Ÿ‰ 500 m3/day์˜ ๊ณต๊ณตํ•˜์ˆ˜์ฒ˜๋ฆฌ์‹œ์„ค์— ์„ค์น˜๋œ ์‚ด๊ท ์กฐ๋กœ์„œ ์Šคํ…Œ์ธ๋ฆฌ์Šค์ œ ์›ํ˜•๊ด€๋กœ์ด๋ฉฐ ๋‚ด๊ฒฝ 208 mm์— ๊ธธ์ด 921 mm์ด๋‹ค. ์„ค์น˜๋œ ์ž์™ธ์„  ๋žจํ”„๋Š” LightSources ์‚ฌ์˜ ์ €์•• ๊ณ ์ถœ๋ ฅ ์•„๋ง๊ฐ ๋žจํ”„์ด๋ฉฐ, ์ด 4 ๊ฐœ๊ฐ€ ๋ฌผ ํ๋ฆ„ ๋ฐฉํ–ฅ๊ณผ ๊ฐ™์€ ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ ์„ค์น˜๋˜์–ด ์žˆ๋‹ค. ๋žจํ”„ ์ถœ๋ ฅ์€ 150 W์— ์ž์™ธ์„  ์ถœ๋ ฅ์€ 52 W์ด๋‹ค.

2 ๊ฐœ์˜ ์‚ด๊ท ์กฐ์—๋Š” ๊ฐ๊ฐ ์™€์ดํผ ์˜ค๋ง์ด ์„ค์น˜๋˜์–ด ์žˆ์–ด ์ž๋™ ์„ธ์ฒ™์ด ๊ฐ€๋Šฅํ•˜๋‹ค. EPA(1999)์˜ ๋ณด๊ณ ์„œ์— ๋”ฐ๋ฅด๋ฉด ๋Œ€์žฅ๊ท  4-log (99.99 %) ์ œ๊ฑฐ๋ฅผ ์œ„ํ•œ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์€ 20 mW-sec/cm2์ด๋ฉฐ, ๋ณธ ์„ค๊ณ„์—์„œ๋„ ๋Œ€์žฅ๊ท  4-log ์ œ๊ฑฐ๋ฅผ ๋ชฉํ‘œ๋กœ ํ•˜๊ณ  ์žˆ๋‹ค.

3.2 ๋ชจ์˜ ์กฐ๊ฑด ์„ค์ •

์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ์‚ฐ์ • ๋ชจ๋ธ์— ์œ„์—์„œ ์–ธ๊ธ‰ํ•œ ์‚ด๊ท ์กฐ ์ œ์›์„ ์ž…๋ ฅํ•˜๊ณ  ์‹œ๋ฎฌ๋ ˆ์ด์…˜์„ ์‹ค์‹œํ•˜์˜€๋‹ค. ๊ฐ ๋žจํ”„๋Š” 2 cm ๊ฐ„๊ฒฉ์œผ๋กœ ๋ถ„๋ฆฌํ•˜์—ฌ ์  ๊ด‘์›์œผ๋กœ ๊ฐ„์ฃผํ•˜์˜€๋‹ค. ์ž์™ธ์„ ๋Ÿ‰ ๊ณ„์‚ฐ์„ ์œ„ํ•ด x, y, z๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ ๊ฐ๊ฐ 0.2 cm, 0.2 cm, 2 cm ๊ฐ„๊ฒฉ์˜ ๊ฒฉ์ž๋ง์„ ๊ตฌ์„ฑํ•˜์˜€๋‹ค. ์ˆ˜์ •์Šฌ๋ฆฌ๋ธŒ๊ฐ€ ์ฐจ์ง€ํ•˜๋Š” ๋ถ€ํ”ผ๋ฅผ ์ œ์™ธํ•œ ๊ณ„์‚ฐ ๊ฒฉ์ž์ˆ˜๋Š” ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜•์ด 310๋งŒ ์—ฌ ๊ฐœ, ๊ด€๋กœํ˜•์ด 36๋งŒ ์—ฌ ๊ฐœ์ด๋ฉฐ, ๊ฐ ๊ฒฉ์ž์ ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ์‚ฐ์ˆ ํ‰๊ท ํ•˜์—ฌ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„( U V a v g )๋กœ ๊ฐ„์ฃผํ•˜์˜€๋‹ค. ์„ค๊ณ„๋ณ€์ˆ˜ ๊ฐ’์œผ๋กœ์„œ ์ˆ˜์ •์˜ ํˆฌ๊ณผ์œจ์€ 85 %, ๋ฌผ์˜ ํˆฌ๊ณผ์œจ์€ 65 %๋ฅผ ๊ฐ€์ •ํ•˜์˜€๋‹ค(Bolyard et al., 2019; NWRI, 2012). ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ์šด์ „์‹œ ์—ฌ๋Ÿฌ ๊ฐ€์ง€ ๋ณ€์ˆ˜์— ๋”ฐ๋ผ์„œ ์‹ค์ œ ๊ฐ•๋„๋Š” ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ณด๋‹ค ์ค„์–ด๋“ค๊ฒŒ ๋œ๋‹ค. ์ด๋Ÿฌํ•œ ๋ณ€์ˆ˜๋“ค์—๋Š” ์˜จ๋„ ๋ณ€ํ™”, ๋žจํ”„ ์ˆ˜๋ช…(aging)์— ๋”ฐ๋ฅธ ์ถœ๋ ฅ ๊ฐ์†Œ, ํ˜ผํ•ฉ ๋ถˆ๊ท ํ˜•์— ์˜ํ•œ ๊ฐ์†Œ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ  ์ˆ˜์ • ์Šฌ๋ฆฌ๋ธŒ์— ๋ฐœ์ƒํ•˜๋Š” ํŒŒ์šธ๋ง์œผ๋กœ ์ธํ•œ ์ž์™ธ์„  ํˆฌ๊ณผ๋Ÿ‰ ๊ฐ์†Œ ๋“ฑ์ด ์žˆ๋‹ค. ์‹ค์ œ ์„ค๊ณ„์—๋Š” ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜๋ฅผ ๋„์ž…ํ•˜์—ฌ ์ด๋Ÿฌํ•œ ๊ฐ์†Œ๋ฅผ ๋ฐ˜์˜ํ•˜๋Š”๋ฐ ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜๋Š” ๋žจํ”„์˜ ์ข…๋ฅ˜๋‚˜ ์„ค๊ณ„ ์กฐ๊ฑด, ์šด์ „ ๊ฒฝ๊ณผ ์‹œ๊ฐ„, ํ˜ผํ•ฉ ๋ฐฉ๋ฒ•, ํŒŒ์šธ๋ง ๋ฐฉ์ง€ ์žฅ์น˜ ์œ ๋ฌด ๋“ฑ์— ๋”ฐ๋ผ์„œ ํฌ๊ฒŒ ๋‹ฌ๋ผ์ง€๋ฏ€๋กœ ํš์ผ์ ์ธ ๊ฐ’์„ ์ œ์‹œํ•˜๊ธฐ๋Š” ์–ด๋ ต๋‹ค. ๋ณธ ์—ฐ๊ตฌ์—์„œ ์ ์šฉํ•œ ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜ ๊ฐ’์€ Table 2์™€ ๊ฐ™์œผ๋ฉฐ, ๋ณธ ์—ฐ๊ตฌ์—์„œ ์ ์šฉํ•œ ์‚ฌ๋ก€ ์„ค๊ณ„์—์„œ ์ฑ„ํƒํ•˜์—ฌ ์‚ฌ์šฉํ•œ ๊ฐ’์ด๋‹ค. ๋ณธ ์—ฐ๊ตฌ์—์„œ๋„ ๋ชจ๋ธ๋ง์„ ํ†ตํ•ด ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ๊ตฌํ•˜๊ณ , ์—ฌ๊ธฐ์— ์˜จ๋„ ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜, ๋žจํ”„ ์ˆ˜๋ช… ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜, ํ˜ผํ•ฉ ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜ ๋ฐ ํŒŒ์šธ๋ง ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜๋ฅผ ๊ณฑํ•˜์—ฌ ์„ค๊ณ„ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„( U V d g n )๋กœ ํ‰๊ฐ€ํ•˜์˜€๋‹ค. ๋ณด์ •๋œ ์„ค๊ณ„ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” ๋‹ค์Œ Eq. (7)๊ณผ ๊ฐ™๋‹ค.

(7)
U V d g n = U V a v g ยท F T ยท F A ยท F M ยท F F

์—ฌ๊ธฐ์—์„œ, U V d g n ๋Š” ์„ค๊ณ„ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„(mW/cm2); U V a v g ๋Š” ๋ชจ๋ธ๋ง์œผ๋กœ ๊ณ„์‚ฐํ•œ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„(mW/cm2); F T ๋Š” ์˜จ๋„ ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜(-); F A ๋Š” ์ˆ˜๋ช… ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜(-); F M ๋Š” ํ˜ผํ•ฉ ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜(-) ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ  F F ๋Š” ํŒŒ์šธ๋ง ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜(-)์ด๋‹ค.

Table 2.

Design Parameters and Attenuation Factors Used in This Simulation

Parameter Value
UV transmittance of quartz sleeve ( T 10 , q ' , %) 85
UV transmittance of water ( T 10 , w ' , %) 65
Temperature factor ( F T ) 0.8
Lamp aging factor ( F A ) 0.75
Mixing factor ( F M ) 0.7
Fouling factor ( F F ) 0.9

4. ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ

4.1 ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ๊ณ„์‚ฐ ๊ฒฐ๊ณผ

๋ชจ๋ธ๋ง์„ ํ†ตํ•ด ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ๋ถ„ํฌ๋ฅผ ๊ณ„์‚ฐํ•˜๊ณ  ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ Fig. 5์— ํ‘œ์‹œํ•˜์˜€๋‹ค. (a)๋Š” xy ํ‰๋ฉด์—์„œ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ๋ถ„ํฌ๋กœ์„œ ๋žจํ”„๋ฅผ ์ค‘์‹ฌ์œผ๋กœ ๋™์‹ฌ์›์„ ๊ทธ๋ฆฌ๋ฉฐ ์ ์ฐจ ์•ฝํ•ด์ง€๋Š” ํ˜•ํƒœ๋กœ ๋‚˜ํƒ€๋‚œ๋‹ค. ๊ทธ๋ฆผ์—์„œ๋Š” ์ž˜ ๋‚˜ํƒ€๋‚˜๋ณด์ด์ง€๋Š” ์•Š์ง€๋งŒ, ๋žจํ”„๋กœ๋ถ€ํ„ฐ์˜ ๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ€ ๊ฐ™์€ ์ง€์ ์ด๋ผ ํ•˜๋”๋ผ๋„ 2 ๊ฐœ ์ด์ƒ์˜ ๋žจํ”„ ๋น›์ด ์ค‘์ฒฉ๋˜๋Š” ์ง€์ ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 1 ๊ฐœ ๋žจํ”„์ผ ๋•Œ ๋ณด๋‹ค ๋” ๋†’๊ฒŒ ๋‚˜ํƒ€๋‚œ๋‹ค. (b)๋Š” xz ํ‰๋ฉด์˜ ํ•œ ๋‹จ๋ฉด์—์„œ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ๋ถ„ํฌ์ธ๋ฐ, ๋žจํ”„๋ฅผ ๋”ฐ๋ผ์„œ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ์ผ์ •ํ•˜๊ฒŒ ๋‚˜ํƒ€๋‚˜์ง€๋งŒ ๋žจํ”„์˜ ์–‘ ๋๋‹จ์—์„œ๋Š” ์ž์™ธ์„ ์ด ์ค„์–ด๋“œ๋Š” ๊ฒƒ์„ ๋ณผ ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค. ์ด๊ฒƒ์€ ์„  ๊ด‘์›์˜ ์ผ๋ฐ˜์ ์ธ ํ˜„์ƒ์œผ๋กœ์„œ, ์ž์™ธ์„  ๋žจํ”„๋ฅผ ์ผ๋ จ์˜ ์  ๊ด‘์›์œผ๋กœ ๊ฐ„์ฃผํ•˜๊ธฐ ๋•Œ๋ฌธ์— ๋žจํ”„์˜ ์ค‘์•™ ๋ถ€๊ทผ์€ ๊ฐ ์  ๊ด‘์›๊นŒ์ง€์˜ ๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ€ ๊ฐ€์žฅ ์งง๊ธฐ ๋•Œ๋ฌธ์— ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ๊ฐ€์žฅ ๋†’๊ฒŒ ๋‚˜ํƒ€๋‚œ๋‹ค. ๋ฐ˜๋Œ€๋กœ, ๋žจํ”„์˜ ์–‘ ๋๋‹จ์—์„œ๋Š” ์  ๊ด‘์›๊นŒ์ง€์˜ ๊ฑฐ๋ฆฌ๊ฐ€ ๋ฉ€์–ด์ง€๊ธฐ ๋•Œ๋ฌธ์— ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ๋” ๋‚ฎ๊ฒŒ ๋‚˜ํƒ€๋‚˜๋Š” ๊ฒƒ์ด๋‹ค.

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

Figure_KSCE_41_05_04_F5.jpg

๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ๋ฌผ ์† ๊ฐ ๊ฒฉ์ž์ ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ์‚ฐ์ˆ ํ‰๊ท ํ•œ ๊ฐ’์œผ๋กœ์„œ, ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„( U V a v g )๋Š” 7.87 mW/cm2๋กœ ๊ณ„์‚ฐ๋˜์—ˆ๋‹ค. ์šด์ „ ๊ธฐ๊ฐ„ ๋™์•ˆ์˜ ์˜จ๋„, ๋…ธํ™”, ํ˜ผํ•ฉ ๋ฐ ํŒŒ์šธ๋ง ๋ฐœ์ƒ์„ ๊ณ ๋ คํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•œ ๋ณด์ •๊ฐ’์„ Table 2์™€ ๊ฐ™์ด ์ ์šฉํ•˜๋ฉด ์‹ค์ œ ์„ค๊ณ„ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 2.97 mW/cm2๋กœ ๊ณ„์‚ฐ๋œ๋‹ค. ๊ทธ๋Ÿฌ๋ฏ€๋กœ ์„ค๊ณ„ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„์— ์ˆ˜๋ฆฌํ•™์  ์ฒด๋ฅ˜์‹œ๊ฐ„; 7.1 sec๋ฅผ ๊ณฑํ•œ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์€ 21.1 mJ/cm2๋กœ ์˜ˆ์ธก๋œ๋‹ค. ์ด๊ฒƒ์€ ๋‹น์ดˆ ์„ค๊ณ„ ๋ชฉํ‘œ์ธ 20 mJ/cm2 ๋ณด๋‹ค 5 % ์ •๋„ ํฐ ์ˆ˜์ค€์ด๋‚˜ ์œ ์˜ํ• ๋งŒํ•œ ์ˆ˜์ค€์€ ์•„๋‹ˆ๋ผ๊ณ  ์ƒ๊ฐ๋œ๋‹ค.

์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ๊ฐ€์žฅ ํฐ ์ง€์ ์€ ์ˆ˜์ • ์Šฌ๋ฆฌ๋ธŒ์™€ ๊ฐ€์žฅ ๊ทผ์ ‘ํ•œ ์œ„์น˜๋กœ์„œ 96.01 mW/cm2์˜€๊ณ , ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ๊ฐ€์žฅ ์ž‘์€ ์ง€์ ์€ ๋žจํ”„์™€ ๊ฐ€์žฅ ๋ฉ€๋ฆฌ ๋–จ์–ด์ง„ ์ง€์ ์œผ๋กœ์„œ 0.42 mW/cm2๋กœ ๋‚˜ํƒ€๋‚ฌ๋‹ค.

๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์— ๋Œ€ํ•ด์„œ๋„ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ๋ถ„ํฌ๋ฅผ ๊ณ„์‚ฐํ•œ ๊ฒฐ๊ณผ 3์ฐจ์›์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ๋ถ„ํฌ๋Š” Fig. 6๊ณผ ๊ฐ™์œผ๋ฉฐ, ๊ฐ ๊ฒฉ์ž์ ์„ ์‚ฐ์ˆ  ํ‰๊ท ํ•œ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 13.09 mW/cm2๋กœ ๊ณ„์‚ฐ๋˜์—ˆ๋‹ค. ์šด์ „ ๊ธฐ๊ฐ„ ๋™์•ˆ์˜ ์˜จ๋„, ๋…ธํ™”, ํ˜ผํ•ฉ ๋ฐ ํŒŒ์šธ๋ง ๋ฐœ์ƒ์„ ๊ณ ๋ คํ•˜๊ธฐ ์œ„ํ•œ ๋ณด์ •๊ฐ’์„ Table 2์™€ ๊ฐ™์ด ์ ์šฉํ•˜๋ฉด ์‹ค์ œ ์„ค๊ณ„ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 4.95 mW/cm2๋กœ ๊ณ„์‚ฐ๋œ๋‹ค. ๊ทธ๋Ÿฌ๋ฏ€๋กœ ์„ค๊ณ„ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„์— ์ˆ˜๋ฆฌํ•™์  ์ฒด๋ฅ˜์‹œ๊ฐ„; 5.0 sec๋ฅผ ๊ณฑํ•œ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์€ 24.8 mJ/cm2๋กœ ์˜ˆ์ธก๋˜๋Š”๋ฐ ์ด ๊ฐ’์€ ๋‹น์ดˆ ์„ค๊ณ„ ๋ชฉํ‘œ ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์ธ 20 mJ/cm2๋ณด๋‹ค ์•ฝ 24 % ๋†’์€ ์ˆ˜์ค€์ด๋‹ค. ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ๊ฐ€์žฅ ํฐ ์ง€์ ์€ ์ˆ˜์ • ์Šฌ๋ฆฌ๋ธŒ์™€ ๊ฐ€์žฅ ๊ฐ€๊นŒ์šด ์ง€์ ์œผ๋กœ์„œ 90.44 mW/cm2, ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ๊ฐ€์žฅ ์ž‘์€ ์ง€์ ์€ ์‚ด๊ท ์กฐ ๋งจ ๊ฐ€์žฅ์ž๋ฆฌ๋กœ์„œ 0.96 mW/cm2์ด์—ˆ๋‹ค.

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

Figure_KSCE_41_05_04_F6.jpg

4.2 ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ ์„ค๊ณ„์˜ ์ตœ์ ํ™”

๋ชจ๋ธ๋ง์˜ ๊ฐ€์žฅ ํฐ ์žฅ์ ์€ ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ์ œ์›, ๋žจํ”„์˜ ์œ„์น˜๋‚˜ ๋žจํ”„์˜ ์ถœ๋ ฅ, ์ž…๋ ฅ ์ž๋ฃŒ ๋“ฑ์„ ๋‹ค์–‘ํ•˜๊ฒŒ ๋ณ€ํ™”์‹œ์ผœ ๊ฐ€๋ฉด์„œ ์ˆ˜์น˜ ์‹คํ—˜์„ ํ†ตํ•ด ํšจ์œจ์ ์ธ ์„ค๊ณ„๋ฅผ ์„ ํƒํ•  ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค๋Š”๋ฐ ์žˆ๋‹ค. ๋ณธ ์—ฐ๊ตฌ์—์„œ๋Š” ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ ์ œ์›๊ณผ ๋žจํ”„์ถœ๋ ฅ์€ ๋™์ผํ•œ ์กฐ๊ฑด์—์„œ ๋žจํ”„์˜ ์œ„์น˜๋ฅผ ๋ฐ”๊ฟจ์„ ๋•Œ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ์–ด๋–ป๊ฒŒ ๋ณ€ํ•˜๋Š”์ง€ ์‹œ๋ฎฌ๋ ˆ์ด์…˜ ํ•˜์˜€๋‹ค.

ํ˜„์žฌ ์„ค๊ณ„๋œ ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ๋Š” ์ด 12 ๊ฐœ์˜ ๋žจํ”„๊ฐ€ 2 ์—ด 6 ๊ฐœ ์ธต์œผ๋กœ ๊ตฌ์„ฑ๋˜์–ด ์žˆ๋Š”๋ฐ, ํšก ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ 1/4๊ณผ 3/4 ์œ„์น˜์— ๊ฐ๊ฐ ๋žจํ”„๋ฅผ ๋ฐฐ์น˜ํ•˜๊ณ , ์ข… ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ๋Š” 6 ๊ฐœ ์ธต์„ ๊ฐ๊ฐ 12 cm ๋“ฑ๊ฐ„๊ฒฉ์œผ๋กœ ๋ฐฐ์น˜ํ•œ ๊ฒƒ์ด๋‹ค. ์ด ์กฐ๊ฑด์„ ๋ชจ๋ธ์— ์ž…๋ ฅํ•˜์—ฌ ๊ณ„์‚ฐํ•œ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 7.87 mW/cm2์ด๋‹ค. ์ตœ์  ๋žจํ”„ ์œ„์น˜๋ฅผ ์ฐพ๊ธฐ ์œ„ํ•ด ๋žจํ”„์˜ ์œ„์น˜๋ฅผ ํšก ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ 0.2 cm์”ฉ ๋ณ€ํ™”์‹œ์ผœ ๊ฐ€๋ฉฐ ๊ณ„์‚ฐ์„ ๋ฐ˜๋ณตํ•œ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ Fig. 7(a)์— ํ‘œ์‹œํ•˜์˜€๋‹ค. ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ๊ฐ€์žฅ ํด ๋•Œ๋Š” ๋žจํ”„์˜ ์œ„์น˜๊ฐ€ ์‚ด๊ท ์กฐ ์ค‘์‹ฌ์—์„œ 4.45 cm ๋–จ์–ด์ง„ ๊ณณ์— ์„ค์น˜ํ•œ ๊ฒฝ์šฐ๋กœ์„œ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 7.94 mW/cm2๋กœ ๊ณ„์‚ฐ๋˜์—ˆ๋‹ค. ์ด ๊ฐ’์€ ๋‹น์ดˆ 1/4 ๋ฐ 3/4 ์œ„์น˜์— ์„ค์น˜ํ–ˆ์„ ๋•Œ๋ณด๋‹ค ์•ฝ 0.9 % ๋” ์ฆ๊ฐ€ํ•œ ๊ฐ’์ด๋‹ค. ์ฆ‰, ๋žจํ”„์˜ ์œ„์น˜ ์กฐ์ •๋งŒ์œผ๋กœ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„ ํ˜น์€ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์„ ๋Š˜๋ฆด ์ˆ˜ ์žˆ๋Š” ๊ฒƒ์ด๋‹ค.

Fig. 7.

Average UV Intensities according to the Lamp Position of the (a) Open Channel-Type Reactor, and (b) Pipe Type Reactor

Figure_KSCE_41_05_04_F7.jpg

๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ๊ฒฝ์šฐ(Fig. 6(b))๋Š” 4 ๊ฐœ์˜ ๋žจํ”„๊ฐ€ ์‚ด๊ท ์กฐ ์ค‘์‹ฌ์—์„œ ์ƒํ•˜์ขŒ์šฐ ๋ฐฉ์‚ฌํ˜•์œผ๋กœ ๋ฐฐ์น˜๋˜๋ฏ€๋กœ, ์‚ด๊ท ์กฐ ์ค‘์‹ฌ์œผ๋กœ๋ถ€ํ„ฐ ๋žจํ”„ ์ค‘์‹ฌ๊นŒ์ง€์˜ ๊ฑฐ๋ฆฌ๋ฅผ ๋ณ€ํ™”์‹œ์ผœ๊ฐ€๋ฉด์„œ ๊ณ„์‚ฐํ•˜์˜€๋‹ค. ์•ž์„œ ๊ณ„์‚ฐํ•œ ์กฐ๊ฑด์€ 4 ๊ฐœ์˜ ๋žจํ”„๊ฐ€ ๊ฐ๊ฐ ์ง€๋ฆ„์˜ 1/4๊ณผ 3/4 ๊ฑฐ๋ฆฌ์— ์œ„์น˜ํ•œ ๊ฒฝ์šฐ๋กœ์„œ ์‚ด๊ท ์กฐ ์ค‘์‹ฌ์—์„œ๋Š” ๊ฐ๊ฐ 5.2 cm ๋–จ์–ด์ง„ ๊ณณ์— ์„ค์น˜๋œ ๊ฒฝ์šฐ์ด๊ณ , ์ด ๊ฒฝ์šฐ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 13.09 mW/cm2์ด๋‹ค. ๋žจํ”„์˜ ์œ„์น˜๋ฅผ ์‚ด๊ท ์กฐ ์ค‘์‹ฌ์—์„œ 0.2 cm์”ฉ ๋ฐ”๊ฟ”๊ฐ€๋ฉฐ ๊ณ„์‚ฐ ๊ฒฐ๊ณผ, ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ๊ฐ€์žฅ ํด ๋•Œ๋Š” ๋žจํ”„์˜ ์œ„์น˜๊ฐ€ ์‚ด๊ท ์กฐ ์ค‘์‹ฌ์—์„œ 4.6 cm ๋–จ์–ด์ง„ ๊ณณ์ด๊ณ , ์ด๋•Œ์˜ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 13.15 mW/cm2์ด๋‹ค. ์ด ๊ฐ’์€ ์•ž์˜ 5.2 cm์ธ ๊ฒฝ์šฐ์ธ 13.09 mW/cm2๋ณด๋‹ค ์•ฝ 0.5 % ์ฆ๊ฐ€ํ•œ ๊ฒƒ์ด๋‹ค. ๋”ฐ๋ผ์„œ ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ๋‚˜ ๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์—์„œ ๋ชจ๋ธ์„ ์ด์šฉํ•œ ์ˆ˜์น˜์‹คํ—˜์œผ๋กœ ์ตœ์ ์˜ ์œ„์น˜๋ฅผ ์ฐพ๊ณ , ์ด ์œ„์น˜์— ๋žจํ”„๋ฅผ ์„ค์น˜ํ•˜๋ฉด ํ˜„์žฌ๋ณด๋‹ค ๋” ๋†’์€ ์†Œ๋…์˜ ํšจ๊ณผ๋ฅผ ์–ป์„ ์ˆ˜ ์žˆ์„ ๊ฒƒ์ด๋‹ค.

๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ํฌ๊ธฐ์™€ ๋žจํ”„ ์œ„์น˜๋ฅผ ์กฐ์ •ํ•˜๋ฉด ๋™์ผํ•œ ๋žจํ”„ ์ˆ˜์™€ ๋žจํ”„ ์ถœ๋ ฅ์—์„œ๋„ ๋” ๋†’์€ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ์–ป์„ ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค. Fig. 8์— ๋ชจ๋ธ ์ˆ˜์น˜์‹คํ—˜์„ ํ†ตํ•ด ์–ป์–ด์ง„, ๊ฐœ์„ ๋œ ํ˜•ํƒœ์˜ ์‚ด๊ท ์กฐ๋ฅผ ์˜ˆ์‹œํ•˜์˜€๋‹ค. ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ํ˜„์žฌ์˜ 250 mmW ร— 720 mmH ร— 1,440 mmL (Fig. 8(a))์—์„œ 290 mmW ร— 620 mmH ร— 1,440 mmL (Fig. 8(b))๋กœ ๋ฐ”๊พธ๋ฉด ์ˆ˜๋ฆฌํ•™์  ์ฒด๋ฅ˜์‹œ๊ฐ„์€ ๋™์ผํ•˜๊ฒŒ 7.1 sec๋กœ ์œ ์ง€ํ•˜๋ฉด์„œ ๋žจํ”„์˜ ์œ„์น˜๋ฅผ ๋ณด๋‹ค ์œ ๋ฆฌํ•˜๊ฒŒ ๋ฐ”๊ฟ€ ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค. ์ฆ‰, Fig. 8(b)์™€ ๊ฐ™์ด ์‚ด๊ท ์กฐ ํฌ๊ธฐ์™€ ๋ฐฐ์น˜๋ฅผ ๋ฐ”๊ฟ”์„œ ๋ชจ๋ธ ์ˆ˜์น˜์‹คํ—˜์œผ๋กœ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ๊ณ„์‚ฐํ•˜๋ฉด ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 7.98 mW/cm2๋กœ ์˜ˆ์ƒ๋˜์–ด ๋‹น์ดˆ ์„ค๊ณ„์ธ ์‚ด๊ท ์กฐ์—์„œ 1/4 ์œ„์น˜์— ๋žจํ”„๋ฅผ ์„ค์น˜ํ•  ๋•Œ ๋ณด๋‹ค๋Š” ์•ฝ 1.4 % ๋” ์ฆ๊ฐ€ํ•œ๋‹ค. ๋˜, ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ 407 mmW ร— 418 mmH ร— 1,440 mmL๋กœ ๋ฐ”๊พธ๊ณ  Fig. 8(c)์™€ ๊ฐ™์ด ๋žจํ”„์˜ ๋ฐฐ์—ด์„ 3 ํ–‰ 4 ์—ด๋กœ ์„ค์น˜ํ•˜๋ฉด ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 8.45 mW/cm2๋กœ ์ฆ๊ฐ€ํ•˜๊ณ  ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์€ ํ˜„์žฌ๋ณด๋‹ค 7.4 % ๊ฐ€๋Ÿ‰ ์ฆ๊ฐ€ํ•œ 22.7 mJ/cm2๋ฅผ ์–ป์„ ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค.

Fig. 8.

Optimization of Size and Lamp Position for the Open Channel-Type Reactor: (a) Present, 2ร—6 Array, (b) Revised, 2ร—6 Array, and (c) Optimized, 3ร—4 Array

Figure_KSCE_41_05_04_F8.jpg

๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ๊ฒฝ์šฐ ๊ฐœ์„ ๋œ ํ˜•ํƒœ๋Š” Fig. 9(b)์™€ ๊ฐ™์ด 4 ๊ฐœ ๋žจํ”„ ๋Œ€์‹  3 ๊ฐœ ๋žจํ”„๋ฅผ ์‚ฌ์šฉํ•˜๋Š” ๊ฒฝ์šฐ์ด๋‹ค. ์ด๊ฒƒ์€ ๋žจํ”„์˜ ์ถœ๋ ฅ์„ ํ˜„์žฌ๋ณด๋‹ค 10 % ๋” ๋†’์€ 165 W๋ฅผ ์„ ์ •ํ•˜๊ณ , ๋ฐฐ์น˜๋ฅผ ์ •์‚ผ๊ฐํ˜• ํ˜•ํƒœ๋กœ ๋ฐ”๊พผ ๊ฒฝ์šฐ์ธ๋ฐ ์ด๋ ‡๊ฒŒ ๊ฐœ์„ ํ•˜๋ฉด ์„ค๊ณ„ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” 10.60 mW/cm2๊ฐ€ ๋˜๊ณ , ๋ณด์ •๊ณ„์ˆ˜์™€ ์ฒด๋ฅ˜์‹œ๊ฐ„์„ ๊ณฑํ•œ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์€ 20.0 mJ/cm2๋กœ ๊ณ„์‚ฐ๋˜์–ด ๋žจํ”„์˜ ์ˆ˜๋ฅผ 1 ๊ฐœ ์ค„์ด๋ฉด์„œ๋„ ๋ชฉํ‘œ ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์„ ๋‹ฌ์„ฑํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์„ ๊ฒƒ์œผ๋กœ ๊ธฐ๋Œ€๋œ๋‹ค.

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

Figure_KSCE_41_05_04_F9.jpg

5. ๊ฒฐ ๋ก 

์นจ์ง€ํ˜• ์ž์™ธ์„  ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ๊ณ„์‚ฐํ•˜๋Š” 3 ์ฐจ์› ๋ชจ๋ธ์„ ๊ฐœ๋ฐœํ•˜๊ณ , ์‹ค์ œ ํ•˜ํ์ˆ˜ ์ฒ˜๋ฆฌ ์‹œ์„ค์— ์„ค์น˜๋œ ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์™€ ๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ์„ค๊ณ„์ธ์ž๋ฅผ ์ž…๋ ฅํ•˜์—ฌ ๊ณ„์‚ฐ์„ ์‹ค์‹œํ•œ ๊ฒฐ๊ณผ ๋‹ค์Œ๊ณผ ๊ฐ™์€ ๊ฒฐ๋ก ์„ ์–ป์—ˆ๋‹ค.

(1) ์„ค๊ณ„๋œ ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์™€ ๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” ๊ฐ๊ฐ 7.87 mW/cm2, 13.09 mW/cm2๋กœ ๊ณ„์‚ฐ๋˜์—ˆ์œผ๋ฉฐ, ํ˜ผํ•ฉ ๋ถˆ๊ท ํ˜• ๋ฐ ๋žจํ”„ ๋…ธํ™” ๋“ฑ์˜ ๊ฐ์‡„ ํšจ๊ณผ๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ•˜๊ณ  ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ์‹œ๊ฐ„์„ ๋ฐ˜์˜ํ•œ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์€ ๊ฐ๊ฐ 21.1 mJ/cm2, 24.8 mJ/cm2๋กœ ์˜ˆ์ƒ๋œ๋‹ค. ์ด ๊ฐ’์€ ๋ชฉํ‘œ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰ 20 mJ/cm2 ๋ณด๋‹ค ๊ฐ๊ฐ 5 %, 24 % ๋†’๊ฒŒ ์„ค๊ณ„๋œ ๊ฒƒ์œผ๋กœ์„œ, ์†Œ๋…์‹œ์„ค์˜ ์šฉ๋Ÿ‰์„ ์ค„์ผ ์—ฌ์ง€๊ฐ€ ์žˆ๋‹ค๊ณ  ํŒ๋‹จ๋œ๋‹ค.

(2) ๋ชจ๋ธ์„ ์ด์šฉํ•œ ์ˆ˜์น˜์‹คํ—˜์„ ํ†ตํ•ด ์„ค๊ณ„๋œ ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ ๋ฐ”๊พธ์ง€ ์•Š๊ณ  ๋žจํ”„์˜ ์œ„์น˜๋ฅผ ์กฐ์ •ํ•˜๋ฏ€๋กœ์จ ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์™€ ๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๊ฐ€ ๊ฐ€์žฅ ๋†’์€ ์ตœ์  ๋žจํ”„ ์œ„์น˜๋ฅผ ์ฐพ์„ ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค. ๊ฒ€ํ†  ๋Œ€์ƒ์ธ ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ ๋ฐ ๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ ๋žจํ”„์˜ ์ตœ์  ์œ„์น˜๋Š” ํ˜„์žฌ ์œ„์น˜๋ณด๋‹ค๋Š” ์ค‘์‹ฌ ๋ฐฉํ–ฅ์œผ๋กœ ๋” ์ด๋™ํ•œ ์œ„์น˜์ด๋ฉฐ, ์œ„์น˜ ์กฐ์ •๋งŒ์œผ๋กœ ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” ํ˜„์žฌ๋ณด๋‹ค ๊ฐ๊ฐ 0.9 %, 0.5 % ๋” ๋Š˜์–ด๋‚  ์ˆ˜ ์žˆ์„ ๊ฒƒ์œผ๋กœ ์˜ˆ์ธก๋œ๋‹ค.

(3) ๊ฐœ์ˆ˜๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ๊ฒฝ์šฐ ๋™์ผํ•œ ์ฒด๋ฅ˜์‹œ๊ฐ„๊ณผ ๋™์ผํ•œ ๋žจํ”„ ์ˆ˜๋Ÿ‰์„ ์œ ์ง€ํ•˜๋ฉด์„œ ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ํฌ๊ธฐ์™€ ๋žจํ”„์˜ ์œ„์น˜๋ฅผ ๋ฐ”๊พธ๋ฉด ํ˜„์žฌ๋ณด๋‹ค ๋” ๋†’์€ ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋ฅผ ์–ป์„ ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค. ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ๊ฐ€๋กœ์™€ ์„ธ๋กœ ๋น„์œจ์„ ์กฐ์ •ํ•˜๊ณ , ๋žจํ”„์˜ ๋ฐฐ์น˜๋ฅผ ๊ธฐํ•˜ํ•™์  ์ค‘์‹ฌ์œผ๋กœ ์ด๋™ ๋ฐฐ์น˜ํ•˜๋ฉด ํ‰๊ท  ์ž์™ธ์„  ๊ฐ•๋„๋Š” ํ˜„์žฌ๋ณด๋‹ค ์•ฝ 7.4 % ๋” ์ฆ๊ฐ€ํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์œผ๋ฉฐ, ์ด ๊ฒฝ์šฐ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰์€ 22.7 mJ/cm2๋กœ ์˜ˆ์ƒ๋œ๋‹ค.

(4) ์„ค๊ณ„์‹œ ๋ชจ๋ธ์„ ์‚ฌ์šฉํ•˜์—ฌ ๋‹ค์–‘ํ•œ ์กฐ๊ฑด์œผ๋กœ ์‹œ๋ฎฌ๋ ˆ์ด์…˜ํ•˜๋ฉด ๊ณผ๋Œ€์„ค๊ณ„๋‚˜ ๊ณผ์†Œ์„ค๊ณ„๋ฅผ ํ”ผํ•  ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค. ๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์— ์‚ฌ๋ก€๋กœ์„œ ์ ์šฉํ•ด ๋ณธ ๊ฒฐ๊ณผ, ๊ด€๋กœํ˜• ์‚ด๊ท ์กฐ์˜ ๊ฒฝ์šฐ ๋žจํ”„์˜ ์ˆ˜๋ฅผ 4๊ฐœ์—์„œ 3๊ฐœ๋กœ 1๊ฐœ ์ค„์ด๋Š” ๋Œ€์‹  10 % ๋” ๋†’์€ ์ถœ๋ ฅ์˜ ๋žจํ”„๋ฅผ ์‚ฌ์šฉํ•˜๊ณ  ๋ฐฐ์น˜๋ฅผ ์ตœ์ ํ™”ํ•˜๋ฉด ๋ชฉํ‘œ ์ž์™ธ์„  ์กฐ์‚ฌ๋Ÿ‰๊ณผ ๊ฐ™์€ ํšจ๊ณผ๋ฅผ ์–ป์„ ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค.

Acknowledgements

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