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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 상수 원수 중에서 발생되는 이취원인 물질인 2-MIB를 대상으로 저농도 범위에서 정수공정별 2-MIB의 제거특성을 파악하여 최적 공정을 선정하기 위하여 분말활성탄을 사용하여 흡착평형 실험을 수행하였으며, 오존 및 이산화염소와 같은 산화제를 이용하여 응집침 전 전 산화제에 의한 2-MIB의 제거 거동을 평가하고, 또한 일시적으로 상수원수에 이취조류의 증가로 2-MIB 발생 시 고도정수처리인 오존 및 입상활성탄에서 2-MIB의 제거양상을 조사하기 위하여 후 오존 처리 및 활성탄의 원재료가 다르고 현재 3년 정도 사용하여 상당히 흡착파과가 진행된 4가지 활성탄에서 2-MIB의 흡착능력을 평가하기 위하여 하루 20톤/ 일을 처리 할 수 있는 모형정수실험장치를 통하여 48시간 동안 연속실험을 통하여 2-MIB 제거에 관한 연구를 수행하였다.
제안 방법
- 6 과 Table 3 에 나타냈다. 여과처리수에 정량펌프로 48시간동안 2-MIB를 연속적으로 주입하여 농도를 일정하게 조정하였으며 연속된 공정인 후 오존 처리와 입상활성 탄처리 에서 제거 효율을 비 교하였다.
- HC1 과 NaClO?를 반응시켜 C1O2를 발생시킨다. 원수와 2-MIB 시료를 유효용적 400 L조에 동시에 연속 주입하면서 이산화염소의 농도를 1, 2, 3, 5 mg/L으로 변화시키면서 15 min 접촉할 수 있도록 조작했다.
- 14 m로 0.07 m! 의 부피를 가지는 반응기에 하부 20 cm 지점에서 산기 석을 이용한 오존주입구와, 상부 550 cm에 원수 유입구를 가지는 counter current 형태로 2-MIB 희석 용액을 원수와 동시에 연속 주입하면서 일정 시간 경과 후 시료를 채수하였다. 전오존 주입률은 단계별로 1, 2, 3, 4 m昭L로 조절 접촉시켰으며, 시료 채수 후 잔류오존 농도의 영향을 없애기 위해 0.
- 07 m! 의 부피를 가지는 반응기에 하부 20 cm 지점에서 산기 석을 이용한 오존주입구와, 상부 550 cm에 원수 유입구를 가지는 counter current 형태로 2-MIB 희석 용액을 원수와 동시에 연속 주입하면서 일정 시간 경과 후 시료를 채수하였다. 전오존 주입률은 단계별로 1, 2, 3, 4 m昭L로 조절 접촉시켰으며, 시료 채수 후 잔류오존 농도의 영향을 없애기 위해 0.1 N NazSzOn를 시료에 주입하였다.
- 증류수와 원수중의 이취 미물질 흡착능을 비교하기 위해서 300 ml 플라스크에 2-MIB를 20, 40, 60, 80, 100 您/L로 각각 조제한 시료를 200 ml씩 취하고 분말활성탄(Powder Activated Carbon, PAC)을일정량 주입한 후 25℃, 140 rpm으로 평형에 도달할 충분한 시간인 24시간 동안 항온 진탕 후 여과지로 걸러서 아래 평행흡착식을 이용하여 평형 흡착량을 구했다.
- 후오존처리는 접촉용량이 0.1 朮인 아크릴원에 12 분간 접촉하였으며 후오존 처리된 오존처리수를 석탄계, 야자계, 목탄계, 제올라이트-활성탄 결합제인 4종류의 입상활성탄조에 통과시켰다. 활성탄의 각각의 특성은 Table 1에 나타냈다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 2-MIB 표준액은 일본 화광순약공업(주)의 순도 99.6 %, 용량 20 mg 수질 실험용 시약을 사용하였으며, 분석장비는 GC/MSD 5890과 전처리 장치로 Purge & Trap(Tekmar 3000)을 사용해 scan mode로 체류시간(RT) 확인 후 SIM 방식으로 전환 정량분석했다. 저농도의 2-MIB를 효과적으로 분석하기 위하여 염석제로는 염화나트륨을 300 ℃에서 2시간 구운 것을 황산 데시케이트에서방냉 후 실험직전 시료에 100 皿당 20 g을 첨가하여 사용하였다.
성능/효과
- 1) 2-MIB의 초기 농도를 20-100 “g/L으로 조정 후 야자계 분말활성탄을 사용하여 2-MIB의 등온흡착 평형실험을 수행한 결과 증류수와 원수 각각의 Freundlich상수 k값은 3.36, 0.049이고 1/n값은 0.80, 0.42로 나타났다.
- 그 중 냄새를 내는 물질은 특히 source가 물 속에 있을 때 그 물을 음용함으로 해서 받는 영향은 인체내의 유해성의 유무를 떠나 냄새나는 물자체에 대한 우려로 단시간에 일반에게 불신을 일으킬 수 있다' 물속의 자연발생적인 취기물질은 주로 방선균 또는 조류에 의해 발생하는 것으로 알려져 있으며, ” 최근 하천의 부영양화로 인한 남조류의 수화(Algae Bloom) 현상이 빈번히 발생하면서 이들 조류의 대사생성물에 의한 것으로 추정되는 취기사례도 빈번히 나타나고 있다.2)대부분의 조류들이 곰팡이냄새, 풀냄새, 비린내 등 다양한 취기를 유발시키고 있지만 하천과 호수에서의 환경적인 조건인 수온과 특정 조류종의 우점기간, 개체량에 따라 다양한 형태로 나타난다. 보통은 15~25℃의 온난한 계절인 초여름부터 초가을 사이, 부영양화가 진행된 수역에서 수화현상이 발생할 때이며, 특히 남조류 중에도 Ana- baenas, Oscillatorias, Phorimidiumse] 우점할 때 흔히 곰팡이 냄새물질로 알려진 2-methylisobomeol (2-MIB)와 Gesmin이 많이 생성되는 것으로 밝혀져 있다.
- 때 오존에 의한 산화력은。3 농도 1, 2, 3, 4 mg/L에서(접촉시간 5 min) 각각 49 %, 63 %, 79 %, 87 %의 제거율을 보였고 C1O2의 경우 초기농도가 89, 249 ng/L일 때 1, 2, 3, 5 mgA. 에서(접촉시간 15 min) 31 %, 51 %, 62 %, 78 %의 제거로 오존에 의한 산화가 이산화염소에 비하여 높았다.
- 3) 2-MIB 1911 ng/L 유입수가 후오존 처리에 의해 569 ng/丄로 저하되 었으며 후오존 처리수를 입상 활성탄에 주입한 결과 석탄계, 야자계, 목탄계, 입상복합 분자체에서 각각의 제거율은 95.8%, 89.5%, 88.4%, 93.7%로 나타났다.
- 이산화염소 주입량이 1 n晒L일 때 2-MIB는 초기농도의 약 30 % 정도 제거가 되었다, 30 % 정도의 제거효율은 전 절의 오존 처리에 비해 15 % 정도 낮은 처리효율을 나타냈으며 2, 3, 5 mg/L으로 점차적으로 이산화염소 주입량의 증가에 따라 2-MIB의 지속적인 제거가 가능하였다. 그러나 오존을 이용한 제거실험과 비교해볼 때 이산화염소에 의한 2-MIB의 제거효율은 오존 처리보다 낮은 것을 알 수 있었다.
- 7 %로 나타났다. 석탄을 원료로 한 활성탄에서 제거효율이 가장 높았고 목탄계 활성탄에서 제거효율이 상대적으로 가장 낮게 나타났으나 전반적으로 주입농도의 85% 이상이 제거되어 입상활성탄에 의한 2-MIB의 제거효과가 높았다. 이때 활성탄에 의한 DOC 제거효율은 15~ 20% 정도로 낮아 현시점이 흡착보다 생물학적 제어기능이 지배적이라고 판단되어지나 2-MIB의 제거효율은 85% 이상으로 나타나는 것은 일시적인 2-MIB 출현시 2-MIB의 분자량 분포가 수중에 있는 DOC의 분자량 분포와는 달라 입상활성탄 중에 흡착 할 수 있는 여력의 공극 혹은 세공내의 자리 재배치와 농도구배에 의한 일시적인 2-MIB를 흡착제거 하는 것으로 판단된다.
- 오존주입률 증가에 따른 2-MIB의 잔존율을 평가해 보면 초기 2-MIB 농도가 353 ng/L 일 때 잔류율은 Y = e0-^ (『=0.97)로 나타났고, 241 ng/L일 때 Y = e-0'54 (『=0.98)로 초기 2-MIB 농도에 관계없이 오존주입률에 따른 잔류 2-MIB의 제거율은 거의 비슷하게 나타났으며 상관관계도 비교적 높게 나타났다. (Y : 잔류농도/초기농도, X : 오존주입농도, r : 상관계수)
- 2에 나타냈다. 이때 초기 2-MIB농도는 353 ng/L 및 241 ng/L으로 조제된 두 가지 농도를 이용하였으며, 전오존 주입량을 1 mg/L으로 할 때 초기 2-MIB농도 353 ng/L 및 241 ng/L 모두 약 45 %까지 제거가 가능하였으며 오존주입 량을 2, 3, 4 mg/L으로 점차적으로 증가시키면 지속적인 2-MIB가 제거되는 효과는 있었으나 오존주입율 증가에 따른 2-MIB의제거율은 감소하는 현상을 보였다. Fig.
- 이러한 Meso pore가 중고분자 물질에 대한 초기흡착 특성을 증대시키는 것으로 판단되며, 야자계의 경우 Micro pore가 상대적으로 많이 발달되어 2-MIB에대한 초기 흡착능이 떨어진다고 판단되고 목탄계는 Micro pore와 Macro pore(500A 이상)가 발달되어기공 내에서 흡탈착이 용이하여 비표면적과 세공용적이 상대적으로 가장 큰 값을 보여도 흡착공정의 여재로서는 잘 맞지 않는 것으로 판단되었다.
- 4에 도시하였다. 이산화염소 주입량이 1 n晒L일 때 2-MIB는 초기농도의 약 30 % 정도 제거가 되었다, 30 % 정도의 제거효율은 전 절의 오존 처리에 비해 15 % 정도 낮은 처리효율을 나타냈으며 2, 3, 5 mg/L으로 점차적으로 이산화염소 주입량의 증가에 따라 2-MIB의 지속적인 제거가 가능하였다. 그러나 오존을 이용한 제거실험과 비교해볼 때 이산화염소에 의한 2-MIB의 제거효율은 오존 처리보다 낮은 것을 알 수 있었다.
- 이러한 이유는 증류수에 2-MIB를 희석하여 흡착실험을 행하는 경우에는 활성탄이 2-MIB만 흡착제거하나, 낙동강 원수에 2-MIB를 희석한 경우에는 2- MIB와 동시에 활성탄에 흡착될 수 있는 물질인 즉 DOC(용존성유기물)등이 포함되어 있어 흡착공간의 부족으로 인하여 2-MIB의 흡착능을 저하시키는 것으로 판단된다. 일반적으로 액상흡착은 Freundlich 흡착 등온식을 따르는 것으로 보고되고 있으며, 본연구의 실험 결과에서도 흡착평형등온선이 Freundlich 흡착등온식에 잘 일치하는 경향을 나타내고 있음 알 수 있었다.
- 증류수에 2-MIB를 희석하여 활성탄 흡착실험을 행한 경우 Freundlich상수 k는 3.36이고 1/ne 0.80 으로 조사되었으며, 낙동강 원수에 2-MIB를 희석하여 활성탄 흡착실험을 행한 경우 Freundlich상수 k 는 0.049이고 1/ne 0.42로 나타나 등온흡착실험에서 증류수에 2-MIB를 희석했을 때 흡착능이 원수에 희석한 경우에 비해 뛰어남을 알 수 있었다. 이러한 이유는 증류수에 2-MIB를 희석하여 흡착실험을 행하는 경우에는 활성탄이 2-MIB만 흡착제거하나, 낙동강 원수에 2-MIB를 희석한 경우에는 2- MIB와 동시에 활성탄에 흡착될 수 있는 물질인 즉 DOC(용존성유기물)등이 포함되어 있어 흡착공간의 부족으로 인하여 2-MIB의 흡착능을 저하시키는 것으로 판단된다.
- 초기농도 241ng/L일 때 오존처리와 초기농도 249ng/L 일 때 이산화염소 처리 결과를 비교하면 비슷한 2-MIB 초기농도에서 오존의 처리효율이 이산화염소 처리효율보다 높게 나타났다. 이는 오존이 이산화염소에 비해 산화력이 높기 때문인 것으로 판단된다.
- 후오존 처리 후 각각의 생물 활성탄 공정(오존+입상활성탄에 충진된 활성탄 종류별 평균 제거율은 석탄계, 야자계, 목탄계, 입상복합분자체에서 각각 95.8 %, 89.5 %, 88.4 %, 93.7 %로 나타났다. 석탄을 원료로 한 활성탄에서 제거효율이 가장 높았고 목탄계 활성탄에서 제거효율이 상대적으로 가장 낮게 나타났으나 전반적으로 주입농도의 85% 이상이 제거되어 입상활성탄에 의한 2-MIB의 제거효과가 높았다.
- 이는 후오존 2 mg/L 처리 시 앞서 언급된 오존에 의한 처리효율과 비교해 보면 전. 후오존 처리에 관계없이 오존주입농도에 비례하여 일정한 2-MIB의 제거효율이 나타남을 알 수 있었다.
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