망간은 지표에 자연적으로 존재하며, 수중에서는 용존 형태(Mn(Ⅱ))와 불용성 형태(Mn(Ⅲ,Ⅳ))로 존재하며, 주로 저수지 및 호소수의 저층수, 지하수에서도 빈번히 검출된다. 수중에서 주로 2가의 망간 이온으로 존재하나, 주변 환경에 따라 망간산화물로 산화될 수 있다. 망간이 포함된 물은 흑수 혹은 적수로 변하고 불쾌한 맛을 일으키며, 음식 및 옷감 등의 변색을 유발하고 배관의 막힘 현상과 같은 문제를 야기할 수 있다. 그러므로, 원수의 망간이 규제하는 농도보다 많이 존재할 때, 망간을 제거하기 위한 적절한 수 처리 공정이 필수적이다.
전통적인 먹는 물 처리 공정에서 망간은 일반적으로 ...
망간은 지표에 자연적으로 존재하며, 수중에서는 용존 형태(Mn(Ⅱ))와 불용성 형태(Mn(Ⅲ,Ⅳ))로 존재하며, 주로 저수지 및 호소수의 저층수, 지하수에서도 빈번히 검출된다. 수중에서 주로 2가의 망간 이온으로 존재하나, 주변 환경에 따라 망간산화물로 산화될 수 있다. 망간이 포함된 물은 흑수 혹은 적수로 변하고 불쾌한 맛을 일으키며, 음식 및 옷감 등의 변색을 유발하고 배관의 막힘 현상과 같은 문제를 야기할 수 있다. 그러므로, 원수의 망간이 규제하는 농도보다 많이 존재할 때, 망간을 제거하기 위한 적절한 수 처리 공정이 필수적이다.
전통적인 먹는 물 처리 공정에서 망간은 일반적으로 폭기에 의한 산화 후 침전시키 또는 모래여과를 통하여 제거하거나, 망간사 공정을 통한 제거 방법이 적용되었다. 그러나 기존 방법은 최근 강화된 국내 먹는 물 수질기준인 0.05 mg/L를 만족하지 못하는 경우도 있어 효과적인 망간 제거를 위한 공정 개발 및 최적화가 필요하다.
본 연구에서는 수 중의 망간을 처리하기 위한 복합산화 - 막여과 공정을 연구하였다. 과망간산칼륨(KMnO4)과 차아염소산나트륨(NaOCl), 두 가지 산화제를 동시에 주입한 복합 산화를 적용하여, 복합산화 전처리 공정 후 침전된 망간산화물을 저압의 분리막을 통하여 여과하였다.
회분식 실험 결과, 복합산화 - 막여과 공정은 과망간산칼륨 또는 차아염소산나트륨 두 가지를 각각 사용한 단일산화 – 막여과 공정보다 훨씬 더 효과적인 망간 제거를 보였다. 복합 산화를 통하여, 과망간산칼륨 및 차아염소산나트륨의 최적 주입량은 각각의 단일산화에서의 최적 조건보다 훨씬 더 적은 양을 주입하였다. 게다가 저온에서 망간 제거 실험을 수행하였을 때에도, 단일산화보다 복합산화를 하였을 때 망간 제거율 저하가 훨씬 완화되는 효과를 나타내었다.
위와 같은 회분식 실험을 토대로, 복합산화 – 막여과 연속 공정 실험을 수행하였다. 그 결과, 같은 산화 조건에서 회분식 실험을 수행하였을 때에 비하여 연속 공정 실험에서 더 높은 망간 제거율을 나타내었다. 게다가, 복합산화 없이 원수를 그대로 막여과 하였을 때에 비하여, 복합산화를 적용하면서 막여과를 수행하였을 때 실험 전의 예상과 반대로 막오염(membrane fouling)이 더 줄어드는 효과까지 나타났다. 이러한 현상들은, 막표면에 쌓인 망간산화물이 이차여과층(dynamic membrane or secondary dynamic membrane)으로 작용하였기 때문으로 해석하였다. 망간산화물로 형성된 이차여과층이 용존 망간의 흡착을 통해 추가적으로 산화가 일어나도록 기회를 제공할 수 있고, 또한 막의 표면 또는 기공을 막는 오염물질들이 도달하기 전에 오염 물질들을 제거함으로써 막 오염을 줄일 수 있었다.
이러한 결과를 미루어 볼 때, 본 연구에서 개발한 복합산화 – 막여과 공정은 효율적인 수중 망간 제거가 가능하며 차후 실제 공정에의 적용 가능성이 높다고 판단하였다.
망간은 지표에 자연적으로 존재하며, 수중에서는 용존 형태(Mn(Ⅱ))와 불용성 형태(Mn(Ⅲ,Ⅳ))로 존재하며, 주로 저수지 및 호소수의 저층수, 지하수에서도 빈번히 검출된다. 수중에서 주로 2가의 망간 이온으로 존재하나, 주변 환경에 따라 망간산화물로 산화될 수 있다. 망간이 포함된 물은 흑수 혹은 적수로 변하고 불쾌한 맛을 일으키며, 음식 및 옷감 등의 변색을 유발하고 배관의 막힘 현상과 같은 문제를 야기할 수 있다. 그러므로, 원수의 망간이 규제하는 농도보다 많이 존재할 때, 망간을 제거하기 위한 적절한 수 처리 공정이 필수적이다.
전통적인 먹는 물 처리 공정에서 망간은 일반적으로 폭기에 의한 산화 후 침전시키 또는 모래여과를 통하여 제거하거나, 망간사 공정을 통한 제거 방법이 적용되었다. 그러나 기존 방법은 최근 강화된 국내 먹는 물 수질기준인 0.05 mg/L를 만족하지 못하는 경우도 있어 효과적인 망간 제거를 위한 공정 개발 및 최적화가 필요하다.
본 연구에서는 수 중의 망간을 처리하기 위한 복합산화 - 막여과 공정을 연구하였다. 과망간산칼륨(KMnO4)과 차아염소산나트륨(NaOCl), 두 가지 산화제를 동시에 주입한 복합 산화를 적용하여, 복합산화 전처리 공정 후 침전된 망간산화물을 저압의 분리막을 통하여 여과하였다.
회분식 실험 결과, 복합산화 - 막여과 공정은 과망간산칼륨 또는 차아염소산나트륨 두 가지를 각각 사용한 단일산화 – 막여과 공정보다 훨씬 더 효과적인 망간 제거를 보였다. 복합 산화를 통하여, 과망간산칼륨 및 차아염소산나트륨의 최적 주입량은 각각의 단일산화에서의 최적 조건보다 훨씬 더 적은 양을 주입하였다. 게다가 저온에서 망간 제거 실험을 수행하였을 때에도, 단일산화보다 복합산화를 하였을 때 망간 제거율 저하가 훨씬 완화되는 효과를 나타내었다.
위와 같은 회분식 실험을 토대로, 복합산화 – 막여과 연속 공정 실험을 수행하였다. 그 결과, 같은 산화 조건에서 회분식 실험을 수행하였을 때에 비하여 연속 공정 실험에서 더 높은 망간 제거율을 나타내었다. 게다가, 복합산화 없이 원수를 그대로 막여과 하였을 때에 비하여, 복합산화를 적용하면서 막여과를 수행하였을 때 실험 전의 예상과 반대로 막오염(membrane fouling)이 더 줄어드는 효과까지 나타났다. 이러한 현상들은, 막표면에 쌓인 망간산화물이 이차여과층(dynamic membrane or secondary dynamic membrane)으로 작용하였기 때문으로 해석하였다. 망간산화물로 형성된 이차여과층이 용존 망간의 흡착을 통해 추가적으로 산화가 일어나도록 기회를 제공할 수 있고, 또한 막의 표면 또는 기공을 막는 오염물질들이 도달하기 전에 오염 물질들을 제거함으로써 막 오염을 줄일 수 있었다.
이러한 결과를 미루어 볼 때, 본 연구에서 개발한 복합산화 – 막여과 공정은 효율적인 수중 망간 제거가 가능하며 차후 실제 공정에의 적용 가능성이 높다고 판단하였다.
Manganese naturally exists in the form of soluble Mn(II) or insoluble Mn(III, IV) in aqueous phase. Soluble Mn(II) is frequently found in groundwater or bottom water of lake and reservoirs and can be oxidized to manganese oxides according to surrounding environment. The water containing manganese ca...
Manganese naturally exists in the form of soluble Mn(II) or insoluble Mn(III, IV) in aqueous phase. Soluble Mn(II) is frequently found in groundwater or bottom water of lake and reservoirs and can be oxidized to manganese oxides according to surrounding environment. The water containing manganese can cause problems such as discolored water, unpleasant taste, staining of laundry, fouling or scaling of pipes in drinking water distribution system. Therefore, when there is manganese more than regulations in source water, it is essential to apply processes suitable for removing manganese to a water treatment system.
In conventional water treatment processes, manganese is generally removed using sedimentation or sand filtration after oxidation by aeration or using manganese-coated sand. However, the processes often cannot meet 0.05 mg/L as Mn of the recently enhanced standard for drinking water in South Korea. Therefore, it is necessary to develop and optimize water treatment processes for effective manganese removal.
The objective of this study, therefore, was to develop a multiple oxidation process coupled with membrane filtration for the treatment of manganese in aqueous phase. Two oxidants, which were potassium permanganate (KMnO4) and sodium hypochlorite (NaOCl) in this study, were simultaneously utilized for the multiple oxidation, and then the precipitated manganese oxides by the multiple oxidation were filtrated by low pressure membranes.
In batch experiments, the multiple oxidation process coupled with membrane filtration showed more effective manganese removal than did single oxidation with membrane filtration using either of KMnO4 or NaOCl. Using the multiple oxidation, each optimum dosage of KMnO4 and NaOCl was much less than that of single oxidation. Moreover, the deterioration of manganese removal at low temperature was less serious for the multiple oxidation than that for the single oxidation.
Based on the results of the batch experiments, a continuous multiple oxidation – membrane filtration system was operated. Interestingly, manganese removal by the continuous system was higher than that by batch experiments at the same oxidation conditions. In addition, the membrane fouling during membrane filtration after multiple oxidation was less than that without multiple oxidation, which was the opposite to what had been expected before the experiments. These phenomena were interpreted as follows: The cake layer formed by the accumulation of manganese oxide particles on the membrane surface could act as dynamic membrane, or secondary dynamic membrane. The dynamic membrane consisting of manganese oxides might provide additional chances of oxidation after adsorbing soluble Mn(II) on itself and also could reduce membrane fouling by removing foulants before the foulants reaching membrane surface or pores.
These results indicates that the multiple oxidation process coupled with membrane filtration developed in this study was very efficient in removing manganese in aqueous phase and would be applicable to actual water treatment processes for manganese removal.
Manganese naturally exists in the form of soluble Mn(II) or insoluble Mn(III, IV) in aqueous phase. Soluble Mn(II) is frequently found in groundwater or bottom water of lake and reservoirs and can be oxidized to manganese oxides according to surrounding environment. The water containing manganese can cause problems such as discolored water, unpleasant taste, staining of laundry, fouling or scaling of pipes in drinking water distribution system. Therefore, when there is manganese more than regulations in source water, it is essential to apply processes suitable for removing manganese to a water treatment system.
In conventional water treatment processes, manganese is generally removed using sedimentation or sand filtration after oxidation by aeration or using manganese-coated sand. However, the processes often cannot meet 0.05 mg/L as Mn of the recently enhanced standard for drinking water in South Korea. Therefore, it is necessary to develop and optimize water treatment processes for effective manganese removal.
The objective of this study, therefore, was to develop a multiple oxidation process coupled with membrane filtration for the treatment of manganese in aqueous phase. Two oxidants, which were potassium permanganate (KMnO4) and sodium hypochlorite (NaOCl) in this study, were simultaneously utilized for the multiple oxidation, and then the precipitated manganese oxides by the multiple oxidation were filtrated by low pressure membranes.
In batch experiments, the multiple oxidation process coupled with membrane filtration showed more effective manganese removal than did single oxidation with membrane filtration using either of KMnO4 or NaOCl. Using the multiple oxidation, each optimum dosage of KMnO4 and NaOCl was much less than that of single oxidation. Moreover, the deterioration of manganese removal at low temperature was less serious for the multiple oxidation than that for the single oxidation.
Based on the results of the batch experiments, a continuous multiple oxidation – membrane filtration system was operated. Interestingly, manganese removal by the continuous system was higher than that by batch experiments at the same oxidation conditions. In addition, the membrane fouling during membrane filtration after multiple oxidation was less than that without multiple oxidation, which was the opposite to what had been expected before the experiments. These phenomena were interpreted as follows: The cake layer formed by the accumulation of manganese oxide particles on the membrane surface could act as dynamic membrane, or secondary dynamic membrane. The dynamic membrane consisting of manganese oxides might provide additional chances of oxidation after adsorbing soluble Mn(II) on itself and also could reduce membrane fouling by removing foulants before the foulants reaching membrane surface or pores.
These results indicates that the multiple oxidation process coupled with membrane filtration developed in this study was very efficient in removing manganese in aqueous phase and would be applicable to actual water treatment processes for manganese removal.
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