막여과 공정은 그 동안 완벽한 탁질 제거와 병원성 미생물의 제거로 안정적인 수질을 유지할 수 있어 수질 신뢰성이 높고, 공정이 단순하여 자동화가 용이한 장점을 갖고 있었지만, 상대적으로 맛·냄새 및 미량 유기물질 제거 등에는 한계를 지니고 있었다. 거제시 소재의 Y정수장의 경우 1979년 12월 12,000㎥/일 규모의 표준식 정수처리공정으로 준공하였고, 1983년 4,000㎥/일을 확장하여 2004년까지 약 25년간 운영하여 왔으나, 그 동안 맛·냄새 민원이 지속적으로 발생하였고, 댐 원수의 유기오염물질 및 철, ...
막여과 공정은 그 동안 완벽한 탁질 제거와 병원성 미생물의 제거로 안정적인 수질을 유지할 수 있어 수질 신뢰성이 높고, 공정이 단순하여 자동화가 용이한 장점을 갖고 있었지만, 상대적으로 맛·냄새 및 미량 유기물질 제거 등에는 한계를 지니고 있었다. 거제시 소재의 Y정수장의 경우 1979년 12월 12,000㎥/일 규모의 표준식 정수처리공정으로 준공하였고, 1983년 4,000㎥/일을 확장하여 2004년까지 약 25년간 운영하여 왔으나, 그 동안 맛·냄새 민원이 지속적으로 발생하였고, 댐 원수의 유기오염물질 및 철, 망간 농도가 높아 최근 강화된 수질기준을 충족시키기 어려운 상황이었다. 따라서 Y정수장의 노후시설 개량계획을 수립함에 있어 맛·냄새, 망간 산화 및 소독부산물의 효과적인 처리를 위해 전오존과 입상활성탄 공정을 도입하였고, 기존 정수장의 부지가 협소한 점을 감안하여 침전, 여과공정 대신 막여과공정을 도입하여 「오존+막+GAC」의 Hybrid Membrane System으로 계획하였으며, 전오존 공정 배치에 따라 내오존성이 우수한 세라믹막을 국내 최초로 도입함으로써 세계 최초의 고도정수처리 세라믹막 조합공정을 적용하게 되었다. 본 연구는 Y정수장 시설개량을 위해 선정된 오존+막+GAC의 Hybrid Membrane System의 모형플랜트 운영을 통해 동 시스템의 타당성을 검증하고 공정별 설계인자를 도출하여 최적 설계를 실시하고, 국내 최초로 도입되는 세라믹막여과 정수시스템 운영기술을 확보하고자 하였다. 제 1 장에서는 연구의 배경 및 필요성, 연구의 목적에 대하여 기술하였으며 연구의 방향을 설정하였다. 제 2 장에서는 막재료 선정, 막 선정 적합성 검토 등 세라믹막의 도입 개요와 더불어 모형플랜트의 세부 단위공정 설계 제원 및 현황에 대하여 기술하였다. 제 3 장에서는 막여과전처리공정으로 전오존 공정과 혼화/응집 공정에 대한 운영 최적화 연구에 대하여 기술하였다. 즉, 전오존 공정 운영을 통해 망간 및 맛·냄새 물질 제어 평가, 오존 분해속도 특성, 오존 전달장치 평가, 오존 최적 주입량을 도출하였으며, 혼화/응집 공정의 경우는 응집제 주입량 결정방법, 응집제 주입량 및 혼화/응집 방법에 따른 차압변화에 대하여 기술하였다. 제 4 장에서는 세라믹 막여과공정 운영 현황, 여과유속 변경 운전에 따른 안정성 평가, 망간 및 조류 유입에 따른 세라믹 막여과 공정 안정성 평가 등 세라믹 막여과 공정 운영 최적화를 위한 연구내용을 기술하였다. 제 5 장에서는 본 연구의 수행을 통해 도출된 결론을 기술하였으며, 그 내용을 요약하면 다음과 같다. 1) 모형플랜트 운영결과 원수내 망간의 농도가 0.3㎎/L 이하 유입 시 오존 주입농도는 1㎎/L, 0.8㎎/L 이하 유입 시 2∼2.5㎎/L의 오존 주입농도가 필요한 것으로 평가되었고, Geosmin 유입 시 오존 2㎎/L 조건에서 약 86%의 제거 효율을 나타내었으며, 2-MIB의 경우 1㎎/L의 오존 주입 시 약 46%의 제거 효율을 나타내었다. 2) 오존 분해 속도는 수온의 영향보다는 수질의 영향을 더 크게 받으며 오존 접촉시간별 잔류오존 변화(오존 주입농도 : 1∼2.3㎎/L)를 측정한 결과, 오존의 분해가 충분히 일어나는 시간은 약 12분 정도였다. 따라서 최소한의 오존 접촉시간은 12분 이상이 필요한 것으로 판단된다. 3) 연중 전오존 주입량은 약 1.4㎎/L 정도로 예상되며 연중 최대 주입량 3㎎/L, 최소 주입량 0.5㎎/L를 만족시키는 오존 공정의 설계가 필요할 것으로 판단된다. 4) 적은 양의 응집제가 주입될 경우에는 순간혼화효율이 우수한 Inline multiple orifice mixer 방식이 세라믹 정밀여과막의 안정적 운영에 가장 효과적인 것으로 나타났으나, 응집제 등에 의한 관내 스케일링으로 인해 주기적인 분리 세척을 해주어야 하기 때문에 운영관리 측면에서 비효율적이다 5) 막의 여과유속을 증가시키면 이와 비례하여 초기차압이 증가하며 여과유속을 감소시키면 막간차압은 다시 감소하나, 막 생산업체가 허용하는 범위 내에서는 생산유량에 따라 변경운영이 가능할 것으로 판단된다. 6) 고농도의 용존망간이 유입되거나 고농도 조류가 함께 발생할 경우 전오존 처리로 인해 콜로이드성 이산화망간, 바이오폴리머 생성으로 인해 막간차압이 크게 증가하므로 응집제 주입량을 증가시켜 운영하는 것이 바람직하다.
막여과 공정은 그 동안 완벽한 탁질 제거와 병원성 미생물의 제거로 안정적인 수질을 유지할 수 있어 수질 신뢰성이 높고, 공정이 단순하여 자동화가 용이한 장점을 갖고 있었지만, 상대적으로 맛·냄새 및 미량 유기물질 제거 등에는 한계를 지니고 있었다. 거제시 소재의 Y정수장의 경우 1979년 12월 12,000㎥/일 규모의 표준식 정수처리공정으로 준공하였고, 1983년 4,000㎥/일을 확장하여 2004년까지 약 25년간 운영하여 왔으나, 그 동안 맛·냄새 민원이 지속적으로 발생하였고, 댐 원수의 유기오염물질 및 철, 망간 농도가 높아 최근 강화된 수질기준을 충족시키기 어려운 상황이었다. 따라서 Y정수장의 노후시설 개량계획을 수립함에 있어 맛·냄새, 망간 산화 및 소독부산물의 효과적인 처리를 위해 전오존과 입상활성탄 공정을 도입하였고, 기존 정수장의 부지가 협소한 점을 감안하여 침전, 여과공정 대신 막여과공정을 도입하여 「오존+막+GAC」의 Hybrid Membrane System으로 계획하였으며, 전오존 공정 배치에 따라 내오존성이 우수한 세라믹막을 국내 최초로 도입함으로써 세계 최초의 고도정수처리 세라믹막 조합공정을 적용하게 되었다. 본 연구는 Y정수장 시설개량을 위해 선정된 오존+막+GAC의 Hybrid Membrane System의 모형플랜트 운영을 통해 동 시스템의 타당성을 검증하고 공정별 설계인자를 도출하여 최적 설계를 실시하고, 국내 최초로 도입되는 세라믹막여과 정수시스템 운영기술을 확보하고자 하였다. 제 1 장에서는 연구의 배경 및 필요성, 연구의 목적에 대하여 기술하였으며 연구의 방향을 설정하였다. 제 2 장에서는 막재료 선정, 막 선정 적합성 검토 등 세라믹막의 도입 개요와 더불어 모형플랜트의 세부 단위공정 설계 제원 및 현황에 대하여 기술하였다. 제 3 장에서는 막여과 전처리공정으로 전오존 공정과 혼화/응집 공정에 대한 운영 최적화 연구에 대하여 기술하였다. 즉, 전오존 공정 운영을 통해 망간 및 맛·냄새 물질 제어 평가, 오존 분해속도 특성, 오존 전달장치 평가, 오존 최적 주입량을 도출하였으며, 혼화/응집 공정의 경우는 응집제 주입량 결정방법, 응집제 주입량 및 혼화/응집 방법에 따른 차압변화에 대하여 기술하였다. 제 4 장에서는 세라믹 막여과공정 운영 현황, 여과유속 변경 운전에 따른 안정성 평가, 망간 및 조류 유입에 따른 세라믹 막여과 공정 안정성 평가 등 세라믹 막여과 공정 운영 최적화를 위한 연구내용을 기술하였다. 제 5 장에서는 본 연구의 수행을 통해 도출된 결론을 기술하였으며, 그 내용을 요약하면 다음과 같다. 1) 모형플랜트 운영결과 원수내 망간의 농도가 0.3㎎/L 이하 유입 시 오존 주입농도는 1㎎/L, 0.8㎎/L 이하 유입 시 2∼2.5㎎/L의 오존 주입농도가 필요한 것으로 평가되었고, Geosmin 유입 시 오존 2㎎/L 조건에서 약 86%의 제거 효율을 나타내었으며, 2-MIB의 경우 1㎎/L의 오존 주입 시 약 46%의 제거 효율을 나타내었다. 2) 오존 분해 속도는 수온의 영향보다는 수질의 영향을 더 크게 받으며 오존 접촉시간별 잔류오존 변화(오존 주입농도 : 1∼2.3㎎/L)를 측정한 결과, 오존의 분해가 충분히 일어나는 시간은 약 12분 정도였다. 따라서 최소한의 오존 접촉시간은 12분 이상이 필요한 것으로 판단된다. 3) 연중 전오존 주입량은 약 1.4㎎/L 정도로 예상되며 연중 최대 주입량 3㎎/L, 최소 주입량 0.5㎎/L를 만족시키는 오존 공정의 설계가 필요할 것으로 판단된다. 4) 적은 양의 응집제가 주입될 경우에는 순간혼화효율이 우수한 Inline multiple orifice mixer 방식이 세라믹 정밀여과막의 안정적 운영에 가장 효과적인 것으로 나타났으나, 응집제 등에 의한 관내 스케일링으로 인해 주기적인 분리 세척을 해주어야 하기 때문에 운영관리 측면에서 비효율적이다 5) 막의 여과유속을 증가시키면 이와 비례하여 초기차압이 증가하며 여과유속을 감소시키면 막간차압은 다시 감소하나, 막 생산업체가 허용하는 범위 내에서는 생산유량에 따라 변경운영이 가능할 것으로 판단된다. 6) 고농도의 용존망간이 유입되거나 고농도 조류가 함께 발생할 경우 전오존 처리로 인해 콜로이드성 이산화망간, 바이오폴리머 생성으로 인해 막간차압이 크게 증가하므로 응집제 주입량을 증가시켜 운영하는 것이 바람직하다.
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