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문제 정의
- 따라서 부유물질을 함유한 원수조와 부유물질이 제거된 처리수조를 다량의 섬유사로 연결하면다양한 직경의 무수한 모세관 사이폰관이 형성되어깨끗한 처리수를 얻을 수 있다. 본 연구는 상기한 장치를 이용하여 부유물질을 제거할 수 있는 가능성을검토하고, 나아가 본 연구에서 사용한 부유물질 제거장치가 정수처리 공정중 부유물질제거공정인 응집침전과 급속여과공정을 대체할 수 있는지의 가능성을 평가하고자 한다.
- 모세관내부 변화를 탁도. 부유물질농도 측정을 통하여 확인하고자 하였다. 처리수량 및 처리수 수질로부터상수의 부유물질 제거공정인 응집침전과 급속여과공정에의 적용 가능성을 평가하고자 하였다.
- 부유물질농도 측정을 통하여 확인하고자 하였다. 처리수량 및 처리수 수질로부터상수의 부유물질 제거공정인 응집침전과 급속여과공정에의 적용 가능성을 평가하고자 하였다.
가설 설정
- 두 공정을 동시에 대체한다는 가정을 하면 단위면적당 17.14~34.3n『/ nf/day의 처리수량을 처리하면 된다. 따라서, In/ 당 모세관형성섬유사를 월류길이 32m, 5단을 설치한다고 가정을 하고 Fig.
제안 방법
- 30mg/(! (14NTU)로 하고 여기에 황산알루미늄 (AIMS。* . 14压0)을 0, 0.45, 1.82mg/« (as A1+3)로 주입하여 누적처리시간(hr)에 따른 처리 수량 以/hr)과 원수 및 처리수 탁도(NTU)를 측정하여 응집제 투여량에 따른 특성실험을 수행하였다. 또, 부유물질제거조를 가동하는 동안 모세관형성 섬유사 내부 구간지점인 유입부.
- 수질을 파악하기 위해 원수와 처리수, 모세관 세척수의 부유물질농도(mg/2 및 탁도(NTU)를 측정하였다. 또, 모세관 월류부의 단위길이당 처리수량以/m/hr) 를 측정하고, 원수 및 처리수의 탁도(NTU)를 분석하였다.
- 모세관 사이폰 현상을 이용한 기초실험으로 모세관 유입부 수두에 따른 모세관형성섬유사의 월류량 및 월류속도. 부유물질 제거을 등을 관찰하고자 Fig.
- 모세관 월류를 통한 처리수량과 모세관 유입부의수두 및 누적처리시간과의 관계를 알아보기 위해 Fig. 2에 나타낸 기초실험장치를 이용하여 수두 (head, mm)에 따른 구간 flux( C/m/hr)를 측정하였다.
- 측정하였다. 모세관형성섬유사롤 깨끗이 세척한 후 모세관 유입부 수두에 따른 시간과 유출량을 측정하였다.
- 4 C (L1200mm xW40mmXH50mm) 크기로 만들고, 부유물질 제거 조의 원수유입부의 반대쪽면 반웅조 상변에 과부 하수 배출관을 설치하여 원수수면과 모세관 사이폰정점까지의 수두차를 10~ 15mm로 유지시킴과 동시에 과부하수는 과부하수 배출관을 통해 원수 조로 유입되도록 하였다. 부유물질 제거조의 상변 양옆으로 아세테이트 섬유사를 월류길이 1.8m가 되도록부유물질제거조 상변에 110다발을 설치하였고, 모세관 사이폰 현상으로부터 처리된 처리수는 부유물질제거조 밑부분에 설치된 처리수 집수조(L1500 mmXW500mmXH200mm) 에 포집되어 외부로 배출되도록 하였다.
- 부유물질의 제거 가능성을 검토하기 위하여 모세관 월류를 통한 처리수량과 모세관 유입부의 수두 및 누적처리시간과의 관계실험과 모세관을 통한 월류속도와 처리수 수질 평가 실험 및 무기성 부유물질의 연속적인 분리효능 실험을 수행하였다.
- 장치의 수두(mm)를 측정하고. 수질을 파악하기 위해 원수와 처리수, 모세관 세척수의 부유물질농도(mg/2 및 탁도(NTU)를 측정하였다. 또, 모세관 월류부의 단위길이당 처리수량以/m/hr) 를 측정하고, 원수 및 처리수의 탁도(NTU)를 분석하였다.
- 또. 원수의 종류별 모세관을 통한 월류속도와 처리수 수질을 평가하기 위하여 지하수, 활성슬러지혼합액, 양어장 순환수를 원수로 하여 모세관 유입부수두(head)에 따른 처리수 flux( 2/m/hD와 처리수의 부유물질 농도(mg/2를 측정하였다. 활성슬러지 혼합액은 S수산업체의 생물 반웅조액을 회석하여 부유물질 농도 28 mg/ > 10.
- 원수조는 200« 의 원통을 사용하였고, 부유물질 제거 조는 아크릴을 사용하여 약 2.4 C (L1200mm xW40mmXH50mm) 크기로 만들고, 부유물질 제거 조의 원수유입부의 반대쪽면 반웅조 상변에 과부 하수 배출관을 설치하여 원수수면과 모세관 사이폰정점까지의 수두차를 10~ 15mm로 유지시킴과 동시에 과부하수는 과부하수 배출관을 통해 원수 조로 유입되도록 하였다. 부유물질 제거조의 상변 양옆으로 아세테이트 섬유사를 월류길이 1.
- 또, 부유물질제거조를 가동하는 동안 모세관형성 섬유사 내부 구간지점인 유입부. 유입부와 월류부사이, 월류부, 유출부에 대해 누적시간(hr)에 따라 각각 시료를 취한 뒤 탁도(NTU) 및 SS농도(mg/C) 를 측정하여 모세관 내부변화를 관찰하였다.
- 유출수 수량을 측정함과 동시에 모세관 부유물질제거 장치의 수두(mm)를 측정하고. 수질을 파악하기 위해 원수와 처리수, 모세관 세척수의 부유물질농도(mg/2 및 탁도(NTU)를 측정하였다.
- 지하수를 사용하여 모세관 유입부 수두(head) 130mm에서부터 점차적으로 수위를 상승시키면 서만 수위까지 1차, 2차, 3차, 4차로 각 수위별 유출량을 측정하였다. 모세관형성섬유사롤 깨끗이 세척한 후 모세관 유입부 수두에 따른 시간과 유출량을 측정하였다.
- 2와 같은 기초실험 장치로 실험하였으며. 총체적 8C 의 아크릴수조 상변에 모세관형성섬유사 15다발을 월류길이 15cm로 하여 안팍으로 걸쳐 내부의 반응액이 밖으로 배출될 수 있도록 하고 모세관 통로를 형성시켜 월류유로를 만들었다. 사용한모세관형성 섬유사는 아세테이트 섬유사로서 1필라의 직경이 약 30“m이며, 1다발이 약 10, 750개의필라로 구성되어 있다.
- 원수의 종류별 모세관을 통한 월류속도와 처리수 수질을 평가하기 위하여 지하수, 활성슬러지혼합액, 양어장 순환수를 원수로 하여 모세관 유입부수두(head)에 따른 처리수 flux( 2/m/hD와 처리수의 부유물질 농도(mg/2를 측정하였다. 활성슬러지 혼합액은 S수산업체의 생물 반웅조액을 회석하여 부유물질 농도 28 mg/ > 10.6 mg/ C 로 하여사용하였으며 , 양어 장 순환수로는 30 mg/C 농도를사용하였다.
대상 데이터
- 무기성 부유물질로는 카오린(Showa chemical Inc.)을 사용하였고. 그 성분 및 입경은 Table 1과같다.
- 본 연구에서 사용한 아세테이트 섬유사는 hygroscopic property(%) 6.0—7.0, specific gravity 1.32, tensile intensity(g/D) 1.2-1.4, intensity ratio of dry & wet(%) 0.7 — 0.9, initial intensity resistant degree(g/d) 30~-45, shear stress(g/d) 1.0~1.3의 특성을 가지며, 접촉각은접 촉각기 기와 접 촉각 각도계 (contact angle : Paul N, Garkmer Company Inc.)를 사용하여 측정한 결과 77°였다. 접촉각이 예각으로 모세관 사이폰의 원리가 적용 가능한 것으로 판명되었다.
- 총체적 8C 의 아크릴수조 상변에 모세관형성섬유사 15다발을 월류길이 15cm로 하여 안팍으로 걸쳐 내부의 반응액이 밖으로 배출될 수 있도록 하고 모세관 통로를 형성시켜 월류유로를 만들었다. 사용한모세관형성 섬유사는 아세테이트 섬유사로서 1필라의 직경이 약 30“m이며, 1다발이 약 10, 750개의필라로 구성되어 있다.
- 그 성분 및 입경은 Table 1과같다. 유기성 부유물질로는 S수산업체의 생물학적처리공정중 폭기조내의 활성슬러지를 희석하여 사용하였다.
이론/모형
- 탁도는 탁도계 (Turbidimeter DRT-100B)를 사용하였고, 부유물질 측정은 수질오염 공정시 험법을적용하였다.
성능/효과
- 0.45, 1.82mg/«(as A「3)일 때 처리수 탁도는 평균 2, 1, 0.5NTU로 비교적 깨끗한 수질을 얻을 수 있었다. 응집제를 사용한 경우 15~ 17일간 가동하는 동안 세척수량은 처리수량의 약 0.
- 1) 처리수량은 누적처리시간과 모세관 사이폰 유입부 수두가 클수록 작아지는 반면어】. 처리수 수질은 향상되는 경향을 보였다'
- 2) 카오린에 의한 초기 원수탁도가 300-700NTU 인 조건으로 장기운전한 결과 모세관 월류부의단위길이당 처리수량은 평균 1902/m/day였다. 이러한 장치를 입체적으로 다단 설치하면 단위면적당 보다 많은 처리수량를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 10)를 얻을 수 있었다. 따라서 본 연구에 사용된 장치는 정수처리공정의 여과시설을 대체하여도 좋을 것으로 판단된다.
- 10에서 보는 바와 같이 세척 직후 처리수 탁도가 정상상태의 평균치보다 다소 높은 이유는 모세관형성섬유사 사이의 부유물질 제거로 인해 모세관직경이 다소 넓어져 있기 때문인 것으로 판단된다. 또, 옹집제를 1.82mg/C (as Al+3) 투여한 경우에는 0.45mg/e (as Al+3) 투여한 경우에 비하여 세척후 여과공정에서 처리수의 탁도가 정상 상태에 도달하는데 걸리는 시간이 더 빨랐음도 확인할 수 있었다.
- 84mg/Has Ale)였다. 모세관 사이폰 현상을 이용한 부유물질제거 장치를 사용한 본 연구에서는 응집제를 Al*'로서 1.82 mg/ i (as Al+3) 투여 하였을 때 0.5NTU 이 하의 처리 수(Fig. 10)를 얻을 수 있었다. 따라서 본 연구에 사용된 장치는 정수처리공정의 여과시설을 대체하여도 좋을 것으로 판단된다.
- 무웅집처리일 경우 약 5일간 세척없이도 1.8m3의처리수량을 얻을 수 있었고, 응집제를 사용한 경우 15~17일간 가동함에 있어 세척수량은 처리수량의약 0.5~0.7%만을 사용, 4~5회 세척하고도 초기만큼의 처리수량을 확보할 수 있었다. Table 3은 처리수량에 따른 세척수량 및 주기를 나타내었다.
- 모세관을 통한 처리수량은 부유물질의 농도. 세척정도, 모세관 유입부 수두 둥에관계하나 가장 민감하게 작용하는 것은 모세관의 세척정도임을 알 수 있었다.
- 6mg/C 로서 깨끗한 수질을 얻을수 있었으며 . 양어장 순환수와 같이 미세조류가 포함된 부유물질의 경우도 87.3%의 비교적 높은 처리효율을 볼 수 있었다. 모세관을 통한 처리수량은 부유물질의 농도.
- 세척 직후 가장 많은 flux를 얻을 수 있었다. 이것으로 구간 flux로 모세관통과유량은 모세관의 세척 정도와 모세관 유입 부의 수두에 일정한 관계가 있음을 확인하였다.
- 10의 모세관 사이폰 현상을 이용한 부유물질제거 장치로부터 나온 처리수 수질을 비교해 보면. 정상상태에서 무옹집인 경우 평균 2NTU, 응집제량이 0.45, 1.82 mg/i (as Al、)인 경우 각각 평균 1, 0.5 NTU의 깨끗한 처리수 수질을 얻을 수 있었다.
- 7에 나타내었다. 처리수 수질을 보면높은 탁도(초기 원수탁도 300~ 700NTU)에도 불구하고 부유물질농도 6.5~1.4mg/« , 탁도 5.94-1.96NTU의 수질을 얻을 수 있었으며 . 총 부유물질제거율은 95-99.
- 96NTU의 수질을 얻을 수 있었으며 . 총 부유물질제거율은 95-99.5%, 탁도제거율은 95.3~98.3% 로 나타났다.
- 그 결과는 Table 2에나타내었다. 활성슬러지 반응액을 회석한 부유물질농도 28, 10.6mg/e 를 모세관형성섬유사(아세테이트 섬유사)사이의 공극인 모세관 통과후 처리수 수질을 보면 1.9, 0.6mg/C 로서 깨끗한 수질을 얻을수 있었으며 . 양어장 순환수와 같이 미세조류가 포함된 부유물질의 경우도 87.
후속연구
- 5) 본 장치 에 의한 부유물질제거 Mechanism에 대한 규명 , 모세관형 성 섬유사의 재질개선 , 부착부유물질의 제거방법의 개선 등에 관한 연구와 본 장치의 적용범위 확대를 위한 연구가 계속되어야 할 것 같다.
- In?당 모세관 월류부를 20m정도 설치하고, 10단 정도 입체적으로 배열하면 옹집제의 사용 없이도 우수한 수질의 처리수를 약 100m3/m2/day의 속도로 생산할 수 있을 것으로 기대된다.
- 따라서, 모세관 사이폰 현상을 이용한 부유물질 제거 장치를 상수처리공정에 적용한다면 부지면적을 적게 차지하고, 동력을 거의 사용하지 않고, 관리 가용 이할 것이다. 또 응집제 사용량을 줄임으로 경비 절감과 함께 요즘 문제시 되고있는 처리수중의 잔류 A1 의 경감효과도 이룰 것으로 기대된다.
- 또 홍수시의 하천수 탁도에 필적하는 300-700 NTU의 원수를 옹집제없이 처리하여도 2~6NTU 까지 처리(Fig. 7)할 수 있었기 때문에 응집제를 적절히 주입한다면 본 장치는 정수처리공정의 침전공정과 여과공정을 동시에 대체할 수도 있을 것으로기대된다.
- 무동력 . 저 약품으로 정 수처리 의 부유물질제거 면에서 응집침전과 급속여과공정에 적용 가능할것으로 기대된다.
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