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문제 정의
- 이때 사용된 PAC는 325 mesh(44 pm) 를 99% 이상 통과한 F-400을 사용하였으며 . PAC 의 투여량에 따른 제거율을 고찰하기 위하여. PAC 의 양을 5, 10.
- 이취미를 유발하는 대표적인 물 질인 2-MIB와 Geosmin의 경우 조류와 일부 미생 물의 대사작용에 의해 발생하는 물질로 그 농도가 극미량으로 존재하기 때문에 실제 정수처리과정 가 운데 자연유기물질은 특히 흡착공정에서 상당한 영향을 미친다. 따라서, 본 실험에서는 자연유기물질 존재하에서의 MIB와 Geosmin의 흡착특성을 고찰 하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 초순수에 Geosmin 과 MIB가 존재할 때의 흡착능을 평가하였고, 국내의 상수원에서 채취한 물을 사용하여 자연유기물질이 Geosmin과 MIB의 흡착에 미치는 영향을 평가하였으며, 최적 투여량을 도출하기 위하여 PAC 투여량 의 변화에 따른 제거율을 고찰하였다.
제안 방법
- 실험은 8개의 시료를 1조 로 하여 교반장치 (tumbler) 에서 약 10 rpm의 속도 로 3일간 반응하였으며, 2개의 시료는 활성탄이 없는 control로 하여 이를 시료의 초기농도로 하였다. 3일 후에 시료를 교반장치에서 꺼내어 수중에 존재하는 활성 탄 입자를 제거하기 위하여 1.2 pm Millpore membrane과 0.45 "m Millpore membrane 을 사용하여 여과 후, 즉시 CLSA 장치를 이용하여 농축시킨 후 GC/FID로 분석하였다. Freundlich 등온식 을 흡착등온식 으로 사용하였다.
- 60. 120, 그리고 240분으로 하여 실험 하였다. 자연유기물질이 존재하는 경우는 시료를 JSW로 하여 위와 동일한 방법으로 하였으며 , 자연유 기물질이 제거율에 미치는 영향을 고찰하였다.
- 1에 장치도를 나타내었다. 또한 DOC 분 석에는 DC-180(Dohrmann)을 사용하였으며, UV254 분석 은 spectrophotometer (DR-4000, HACHX 사용하였고, CLSA 장치를 이용하여 추출한 MIB와 Geosmin을 GC/MS와 GC/FID(HP 5890 series Ⅱ. HP 5972)를 사용하여 정성 . 정량분석하였다.
- 8과 9에 자연유기물질의 존재하에서 PAC에 의한 2-MIB와 Geosmin의 흡착제거율을 시간 변화에 따라 나타내었다. 실험에 사용한 상수원수는 JSW이었으며 실험을 수행한 시기의 DOC 농도는 1.80 mg/L, UV254는 0.023(/cm)이었고, MIB와 Geosmine stock solution을 사용하여 자연유기물 질이 흡착공정에 미치는 영향을 고찰하였으며 이때 두 물질의 초기농도는 MIB 104.3 ng/L와 Geosmin 120.7 ng/L이었다.
- 시료병의 뚜껑은 테프론으로 코팅된 것을 사용하였으며 유기물 분해를 최소화하기 위하여 갈색병을 사용하였다. 실험은 8개의 시료를 1조 로 하여 교반장치 (tumbler) 에서 약 10 rpm의 속도 로 3일간 반응하였으며, 2개의 시료는 활성탄이 없는 control로 하여 이를 시료의 초기농도로 하였다. 3일 후에 시료를 교반장치에서 꺼내어 수중에 존재하는 활성 탄 입자를 제거하기 위하여 1.
- 120, 그리고 240분으로 하여 실험 하였다. 자연유기물질이 존재하는 경우는 시료를 JSW로 하여 위와 동일한 방법으로 하였으며 , 자연유 기물질이 제거율에 미치는 영향을 고찰하였다.
- 초순수를 20 L의 용기에 채운 후 MIB와 Geos- min의 stock solution을 사용하여 균일한 농도로 조제하여 동일한 양의 PAC를 시료병에 넣은 후 교 반장치에 장착하여 시간의 변화에 따른 제거율을 고 찰하였다. 이때 사용된 PAC는 325 mesh(44 pm) 를 99% 이상 통과한 F-400을 사용하였으며 .
- CLSA 장치 를 이용하여 농축 . 추출하여 GC/MS 와 GC/FID에 의하여 이취미 유발물질의 대표적 성 분인 2-MIB와 Geosmin을 정 량분석하였다. LCW 와 JSW에 대한 이취미 물질의 흡착능 실험을 수행 한 결과는 다음과 같다.
- MIB와 Geosmin의 흡착등온식을 얻기 위하여 동일한 초기농도에서 활성탄의 양을 변화시키는 bottle point isotherm을 사용하였다. 활성탄은 325 mesh 이하로 분쇄한 후 ±0.1 mg의 오차범위 내에서 정확히 측정하였고, 이 활성탄의 양을 변화시켜 가며1, 225 mL의 시료병에 투입한 후 시료를 기포없이 완전히 채웠다. 시료병의 뚜껑은 테프론으로 코팅된 것을 사용하였으며 유기물 분해를 최소화하기 위하여 갈색병을 사용하였다.
대상 데이터
- Standard mesh 이하로 분쇄하여 사용하였다. MIB와 Geosmin(Wako, Japan) 의 stock solution 은 acetone에 용해시켜 400 mg/L의 농도로 제조하여 사용하였다. 추출용매로는 CS2(J.
- MIB와 Geosmin의 추출에는 CLSA(CLSA-2 System, Brechbiihler, Switzerland) < 이용하였으며, Fig. 1에 장치도를 나타내었다. 또한 DOC 분 석에는 DC-180(Dohrmann)을 사용하였으며, UV254 분석 은 spectrophotometer (DR-4000, HACHX 사용하였고, CLSA 장치를 이용하여 추출한 MIB와 Geosmin을 GC/MS와 GC/FID(HP 5890 series Ⅱ.
- MIB와 Geosmin의 흡착등온식을 얻기 위하여 동일한 초기농도에서 활성탄의 양을 변화시키는 bottle point isotherm을 사용하였다. 활성탄은 325 mesh 이하로 분쇄한 후 ±0.
- 세척용 시약으로는 CS2. acetone (Duksan, Korea), dichloromethane (Duksan, Korea)을 사용하였다. 실험에 사용한 물은 초순수 (laboratory clean water, LCW) 와 잠실수중보 (Jamsil water, JSW)의 물을 사용하였고, 원수의 특성은 Table 1에 나타내었다.
- 1 mg의 오차범위 내에서 정확히 측정하였고, 이 활성탄의 양을 변화시켜 가며1, 225 mL의 시료병에 투입한 후 시료를 기포없이 완전히 채웠다. 시료병의 뚜껑은 테프론으로 코팅된 것을 사용하였으며 유기물 분해를 최소화하기 위하여 갈색병을 사용하였다. 실험은 8개의 시료를 1조 로 하여 교반장치 (tumbler) 에서 약 10 rpm의 속도 로 3일간 반응하였으며, 2개의 시료는 활성탄이 없는 control로 하여 이를 시료의 초기농도로 하였다.
- acetone (Duksan, Korea), dichloromethane (Duksan, Korea)을 사용하였다. 실험에 사용한 물은 초순수 (laboratory clean water, LCW) 와 잠실수중보 (Jamsil water, JSW)의 물을 사용하였고, 원수의 특성은 Table 1에 나타내었다.
- 실험에 사용한 활성탄은 역청탄을 원료로 한 F-400(Calgon corp., Pittsburgh)을 100x200 (dp=0.11 mm)과 325(dp=44 “m) U. S. Standard mesh 이하로 분쇄하여 사용하였다. MIB와 Geosmin(Wako, Japan) 의 stock solution 은 acetone에 용해시켜 400 mg/L의 농도로 제조하여 사용하였다.
- 초순수를 20 L의 용기에 채운 후 MIB와 Geos- min의 stock solution을 사용하여 균일한 농도로 조제하여 동일한 양의 PAC를 시료병에 넣은 후 교 반장치에 장착하여 시간의 변화에 따른 제거율을 고 찰하였다. 이때 사용된 PAC는 325 mesh(44 pm) 를 99% 이상 통과한 F-400을 사용하였으며 . PAC 의 투여량에 따른 제거율을 고찰하기 위하여.
- MIB와 Geosmin(Wako, Japan) 의 stock solution 은 acetone에 용해시켜 400 mg/L의 농도로 제조하여 사용하였다. 추출용매로는 CS2(J.T. Baker. Japan)를 사용하였고. 세척용 시약으로는 CS2.
이론/모형
- 45 "m Millpore membrane 을 사용하여 여과 후, 즉시 CLSA 장치를 이용하여 농축시킨 후 GC/FID로 분석하였다. Freundlich 등온식 을 흡착등온식 으로 사용하였다.
성능/효과
- 1) LCW에서 흡착평형에 도달하는 시간은 2-MIB 의 경우 PAC의 투여 량을 5, 10, 20 mg/L로 증가시킴에 따라 각각 2시간, 1시간, 30분으 로 나타났으며 Geosmin의 경우 5 mg/L의 PAC를 투여하였을 경우 1시간 경과 후 약 97%의 제거율을 보였다.
- 8에 JSW에 있어서 시간에 따른 MIB 제거 율을 나타내었는데 PAC를 5. 10, 20 mg/L로 투여 량을 점차 증가함에 따라 흡착평형에 도달하는 시간 은 감소하는 경향을 보였으며 흡착평형상태에서 액 상에서의 농도는 48.2, 24.6, 그리고 4.0 ng/L로 이를 MIB 제거율로 살펴보면 53.6%, 76.3%, 96.2%이었다. Fig.
- 2) Isotherm 실험에서 Geosmin이 2-MIB보다 약 4배의 더 좋은 흡착능을 나타내었다.
- 3) PAC에 의한 두 물질의 흡착능에 있어서 초기 농도가 미치는 영향을 살펴본 결과 두 물질 모두 초기농도의 영향은 크지 않았다.
- 4) 2-MIB와 Geosmin의 단일성분계와 이성분 계의 경쟁적인 흡착의 영향을 살펴 본 결과 DCW의 경우 이성분계에서 Geosmin이 약 30% 의 흡착능 저하를 보였을 뿐 JSW에 있어서는 이 성분계에서의 흡착능 저하는 보이지 않았다.
- 5) LCW와 비교하여 자연유기물질이 동시에 존재하는 JSW에 있어서 2-MIB와 Geosmin의 경우 각각 30%와 40%의 흡착능 저하를 보였다.
- 6) 2-MIB와 Geosmin이 NOM과 경쟁적인 흡착을 하는 경우 흡착속도가 NOM이 존재하지 않는 경우와 비교하여 현저히 감소함을 나타내었다.
- 40 ng/L로 제거 율은 86%, 98%. 99%로 증가하였으며 Fig. 9에서 주어진 Geosmin의 초기농도에서 4 ng/L까지 제거 하기 위해 요구되는 제거율은 97% 이상으로 이를 만족시키기 위해서는 PAC를 20 mg/L를 투여했을 때 약 1시간의 접촉시간을 요구하며 PAC를 10 mg/L를 투여했을 때 약 4시간 이상의 접촉시간을 필요로 하였다. 본 실험에서 주어진 초기농도와 일반적인 정수장의 접촉시간을 고려해 볼 때 PAC의 농도 10~20 mg/L 범위에서 Geosmin에 의한 이 취미 문제를 방지할 수 있을 것으로 생각된다.
- 2%이었다. Fig. 2에서 나타내었던 바와 같이 자연유기물질이 존재하지 않는 경우의 MIB의 평형 상태 하에서의 제거율은 PAC 5 mg/L 이상 투여했 을때 99%이였음을 고려해 볼 때, 이상의 결과는 자 연유기물질이 MIB의 제거율에 미치는 영향은 상당히 크다는 것을 알 수 있었으며 MIB의 초기농도 에서 이취미 감지농도인 9 ng/L까지 제거하기 위해 요구되는 MIB 제거율은 약 92%이고, 이는 PAC를 20 mg/L를 투여했을 때 약 2시간의 접촉시간을 요 구하는 것으로 해석할 수 있다. 실제 정수장에서의 PAC와 MIB의 접촉시간은 처리공정에 따라 2시간 이내인 것을 고려해 볼 때, 본 실험의 경우 일반 상 수원에 존재하는 MIB의 농도보다 다소 높게 하여 수행하였으나 약 20 mg/L 이상의 PAC를 투여하여 야만 MIB에 의한 이취미 발생은 방지 할 수 있을 것으로 생각된다.
- 5 ng/L이었다. Fig. 6에서 나타낸 바와 같이 PAC에 의한 MIB 흡착량은 이성분계에서 단일 성분계보다 크게 감소하지 않는 것으로 나타났으며 단일성분계에서의 MIB 의 k 값은 3.03이었으나 Geosmin이 공존하는 이성분계에서는 1.46으로 절반 가까이 감소하는 경향을 보였으나 Freundlich 상수 n값의 변화로 인하여 실제적인 흡착량의 감소 를 정량적으로 평가하기는 어려웠으며, 두 물질 상 호간의 경쟁적 흡착으로 다소 홉착능의 저하가 이루 어졌다고 사료된다.
- Fig. 7에서와 같이 Geosmin의 경우는 단일성분 계에서의 k값 12.45에서 MIB가 비슷한 농도로 존재하는 이성분계에서 8.76으로 감소하는 경향을 보 였으며 n값도 각각 0.48과 0.51 로 비교적 일정한 것으로 보아 두 물질 상호간의 경쟁적 흡착으로 30% 정도의 흡착능 저하를 보인 것으로 나타났다. 일반적으로 다성분계에 유기물질이 공존하는 경우 한 물질이 다른 유기물의 흡착에 상당한 영향을 주는 것으로 알려져 있는데 이는 다성분계에서의 각각의 흡착질이 한정된 흡착 site에 상호 경쟁적으로 흡착하기 때문에 흡착성능이 저하되는 것으로 알려져 있다.
- MIB의 경우 PAC를 5, 10, 20 mg/L로 투여 량을 증가시킴에 따라 흡착평형에 도달하는 시간은 감소 하였으며 평형 상태하에서 액상에서의 농도는 1 ng/L 이하의 낮은 농도로 약 99% 이상의 MIB가 PAC에 흡착된 상태임을 알 수 있었고, 흡착평형에 도달하는 시간은 PAC를 5 mg/L 투여했을 때 약 2 시간, 10 mg/L 투여했을 때는 1시간, 그리고 20 mg/L를 투여했을 때는 약 30분 정도로 나타나 PAC 투여량이 증가함에 따라 평형에 도달하는 시간이 선형적으로 감소하는 경향을 보였다. Geosmin 의 경우도 MIB와 마찬가지로 PAC 투여량을 동일 하게 증가시킴에 따라 흡착평형에 도달하는 시간은 1시간에서 15분으로 감소하였으며 , 흡착평형에 도달 했을 때의 액상에서의 농도는 MIB와 마찬가지로 1ng/L 이하의 낮은 농도로 나타나 PAC에 의해 흡착 이 잘 될 뿐만 아니라 PAC에 의한 제거가 효과적인 것으로 나타났다.
- MIB의 경우 PAC를 5, 10, 20 mg/L로 투여 량을 증가시킴에 따라 흡착평형에 도달하는 시간은 감소 하였으며 평형 상태하에서 액상에서의 농도는 1 ng/L 이하의 낮은 농도로 약 99% 이상의 MIB가 PAC에 흡착된 상태임을 알 수 있었고, 흡착평형에 도달하는 시간은 PAC를 5 mg/L 투여했을 때 약 2 시간, 10 mg/L 투여했을 때는 1시간, 그리고 20 mg/L를 투여했을 때는 약 30분 정도로 나타나 PAC 투여량이 증가함에 따라 평형에 도달하는 시간이 선형적으로 감소하는 경향을 보였다. Geosmin 의 경우도 MIB와 마찬가지로 PAC 투여량을 동일 하게 증가시킴에 따라 흡착평형에 도달하는 시간은 1시간에서 15분으로 감소하였으며 , 흡착평형에 도달 했을 때의 액상에서의 농도는 MIB와 마찬가지로 1ng/L 이하의 낮은 농도로 나타나 PAC에 의해 흡착 이 잘 될 뿐만 아니라 PAC에 의한 제거가 효과적인 것으로 나타났다.
- 70으로 다소 감 소되기는 하였으나 그다지 큰 차이를 나타내지는 않았다. MIB의 경우와 마찬가지로 자연유기물질이 수 중에 존재하면 Geosmin의 농도 보다 월등히 높은 농도로 존재하므로 MIB와 Geosmin 두 물질 상호 간의 경쟁적인 흡착보다는 자연유기물질이 흡착에 미치는 영향이 훨씬 크기 때문에 상대적으로 경쟁적 인 흡착의 영향이 낮은 것으로 나타났다.
- 9에서 주어진 Geosmin의 초기농도에서 4 ng/L까지 제거 하기 위해 요구되는 제거율은 97% 이상으로 이를 만족시키기 위해서는 PAC를 20 mg/L를 투여했을 때 약 1시간의 접촉시간을 요구하며 PAC를 10 mg/L를 투여했을 때 약 4시간 이상의 접촉시간을 필요로 하였다. 본 실험에서 주어진 초기농도와 일반적인 정수장의 접촉시간을 고려해 볼 때 PAC의 농도 10~20 mg/L 범위에서 Geosmin에 의한 이 취미 문제를 방지할 수 있을 것으로 생각된다.
- 2에서 나타내었던 바와 같이 자연유기물질이 존재하지 않는 경우의 MIB의 평형 상태 하에서의 제거율은 PAC 5 mg/L 이상 투여했 을때 99%이였음을 고려해 볼 때, 이상의 결과는 자 연유기물질이 MIB의 제거율에 미치는 영향은 상당히 크다는 것을 알 수 있었으며 MIB의 초기농도 에서 이취미 감지농도인 9 ng/L까지 제거하기 위해 요구되는 MIB 제거율은 약 92%이고, 이는 PAC를 20 mg/L를 투여했을 때 약 2시간의 접촉시간을 요 구하는 것으로 해석할 수 있다. 실제 정수장에서의 PAC와 MIB의 접촉시간은 처리공정에 따라 2시간 이내인 것을 고려해 볼 때, 본 실험의 경우 일반 상 수원에 존재하는 MIB의 농도보다 다소 높게 하여 수행하였으나 약 20 mg/L 이상의 PAC를 투여하여 야만 MIB에 의한 이취미 발생은 방지 할 수 있을 것으로 생각된다.
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