오존의 용해

 오존을 수처리나 습식 세정(wetscrubber) 등에 사용하기 위해서는 기체 오존을 물에 효과적으로 용해시키는 것이 핵심적인 일이다.오존은 상온, 상압에서 물에 대한 용해도가 작은 편이기 때문에 오존발생기에서 나오는 오존을 별도의 특별한 방법으로 물에 용해시킬 필요가 있다. 실제로 많은 수처리 조건에서, 오존발생기 가격에 견주어 오존을 물에 용해시키는 장치의 가격이 큰 차이를 보이지 않는 것은 이상한 일이 아니다. 사실 물에 용해되지 않은 기체 오존은 물속의 미생물이나 오염물질과 잘 반응하지 못하기 때문에, 많은 오존을 투입하는 것만큼이나 많은 오존을 용해시키는 것이 중요할 수밖에 없다.

오존을 물에 용해시키는 장치를 흔히 오존접촉기(ozone contactor)라 부른다. 보통 기체와 액체를 접촉하는 장치에는 6가지의 방식이 있다.

1) 스프레이탑(spray tower): 액체를 기체에 스프레이 분사

2) 충진탑(packed bed): 액체와 기체가 충진층의 충진재 표면에서 접촉

3) 다공판탑(bubble plate 또는 sieve plate tower) (위 1)과 2)의 중간)

4) 기계적 혼합장치(mechanical mixer)

5) 인젝터(injector)

6) 산기관(diffuser)

이러한 기/액 혼합 방식을 이용하는 오존접촉방법에는 여러 가지가 있지만, 크게 대별하면 산기관 방식처럼 기체 오존을 작은 구멍을 통해서 액체내에 전달하는 방법과 이젝터 방식처럼 오존 기체를 흐르는 액체속에 투입하면서 격렬히 혼합시켜 액체내에 전달하는 방법의 두 가지로 구분할 수 있다. 거의 모든 오존 접촉(contacting) 법은 이 둘 중의 하나로 분류된다. 산기관 방식은 에너지 투입량이 적어 결과적으로 동력비가 적게 소요되는 것이 특징이다. 이에 비해 혼합효율은 낮은 편이다. 반면, 인젝터 방식은 에너지 투입량이 상대적으로 많아 결과적으로 동력비가 더 소요된다. 하지만 혼합효율은 비교적 높은 편이다.

거의 모든 공학적 분야에서 설치비와 운전유지비는 서로 상충되기 때문에, 오존접촉 방식으로 어떤 것을 선택할지는 중요한 판단의 문제가 된다. 실제 상황에 최적화된 오존접촉방식을 찾는데는 여러 기술의 특징과 이에 대한 실제 응용 경험, 지식이 종합적으로 요구된다.

참고문헌:

Ozone and Chlorine Dioxide Technology for Disinfection of Drinking Water, Ed. by J. Katz, Noyes Data Corporation, 1980.

오존과 산소

오존분자와 산소분자는 산소원자 개수만 하나 차이난다. 그래서 유사한 측면도 있지만, 물리화학적 특성에서 다른 점이 꽤 많다.

산소와 오존은 상온에서 둘 다 기체로 존재한다. 그리고 둘 다 물에 비교적 잘 녹지 않는 특성이 있다. 반면, 산소는 상당히 안정한

분자인데 비해 오존은 상당히 불안정한 분자이며 산소는 무색, 무취인데 비해 오존은 고농도에서 매우 엷지만 청색을 띠며 낮은 농도에서도 비린내와 유사한 특유의 독특한 냄새를 갖고 있다.

오늘날 오존은 여러 용도의 사용을 위해 인위적으로 생산되지만, 사실 오존은 자연의 물질이다. 번개가 치면 고전압에 의해 공기중 산소분자들이 활성화되어 오존으로 전환된다. 공기 중에 산소가 21%나 되니 상당량 생긴다고 볼 수 있다. 그리고 오존은 성층권에 ‘오존층’을 형성하여 지구 생물권에 매우 중요한 방어막 역할도 수행한다. 태양에서 오는 광선 중 높은 에너지를 갖는 자외선 C, B 영역의 빛이 오존층에서 걸러지며 지상에 도달하는 이 영역의 빛은 매우 약하다. 결과적으로 많은 생물체가 자외선에 의해 표면이 크게 자극받지 않도록 해준다. 흔히 자외선이 많은 곳에서는 피부암에 대한 우려가 높은데, 실은 오존층이 미리 자외선을 차단해 주고 있어 지표면의 사람을 비롯한 많은 생명체가 이러한 걱정을 덜고 있는 셈이다. 오존 및 오존층의 존재에 우리는 감사해야 하는 것이다. 그리하여, 오존층 파괴를 야기하는 불화염화탄소류 등 특정 화학물질의 사용을 억제하는데 관심을 가져야 한다.

지구상에서 산소는 대기중에도, 물속에도, 토양중에도, 생물권에도 널리 고루 분포하는 특별한 원소다. 이런 원소는 거의 찾아보기 힘들다. 산소기체는 물에 대한 용해도가 매우 낮은 불용성 기체다. 만약 산소분자가 물에 매우 잘 녹는다면 현재의 지구 생물권은 엄청나게 다른 모습을 하고 있을 것이다. 대기 중의 산소가 물에 잘 녹지 않기 때문에 생명체가 바다에서 탄생해 육지로 나온 것으로 이해된다. 이렇게 불용성인 산소가 낮은 농도이지만 물에 존재하여 수생태계를 유지시킨다. 수중 산소가 고갈되면 물 속 생명체들은 살아갈 수 없다. 오존도 물에 비교적 잘 녹지 않지만 산소보다는 수배~10배 정도 높은 용해도를 보인다. 결과적으로 오존의 높은 반응성(살균력, 탈색력, 탈취력의 원천!)을 이용해서 수처리를 효과적으로 하기 위해서는 오존을 물속에 효과적으로 용존시키는 것이 매우 중요하게 된다.