[논문]정수처리에서 pH 저감에 의한 응집효율향상에 관한 연구

이환; 이철효; 정창규; 이윤진

정수처리에서 pH 저감에 의한 응집효율향상에 관한 연구
Improving Coagulation Performance with pH Preadjustment in Drinking Water Treatment 원문보기

韓國環境衛生學會誌 = Korean journal of environmental health society, v.29 no.2 = no.73, 2003년, pp.1 - 6

이환 ((주)오이코스) , 이철효 ((주)오이코스) , 정창규 (한국수자원공사) , 이윤진 (건국대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper reports on a pilot scale comparison of PACS coagulation with and without pH preadjustment. The pH of the water was adjusted with carbon dioxide and sulfuric acid. Process performance was assessed on the basis of total organic carbon(TOC), UV absorbance, turbidity and disinfection by-product(DBP) precursors. Coagulation pH appeared to be a determining factor for maximum NOM removal. The optimum coagulation pH in order to decrease TOC and turbidity were pH 7. Preadjustment of pH 7 increased TOC removal to as much as 43, 47 percent with sulfuric acid and carbon dioxide. Moreover, coagulation at pH 7 caused a reduction in UV$_{254}$, THMFP and HAAFP compared to the baseline coagulation. For preadjustment of pH 7 with carbon dioxide, the percentage of TOC, UV$_{254}$, THMFP and HAAFP shows the reduction rate of 3.8, 0.5, 4.8, 9.4％ comparing to the coagulation rendition using sulfuric acid. Acid addition to depress pH during coagulation decrease Langelier Saturation Index(LSI), potentially causing increase corrosion in water distribution systems. LSI for carbon dioxide and sulfuric acid at pH 6 was -2.3, -3.3. Therefore, carbon dioxide was more effective at controlling corrosion than sulfuric acid.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구는 D 정수장에 위치한 응집, 침전 pilot plant에서 원수의 pH를 저감시켜 기존 응집공정의 효율을 향상시키기 위한 기법을 개발하기 위해 수행되었다. pH 조정을 위한 약품으로 현재 정수처리장에서 pH 조정용으로 많이 이용되고 있는 황산과 먹는 물에 첨가시 안전성이 높은 이산화탄소를 적용하여 응집효율을 비교 평가해 보았다.
pH 조정을 위한 약품으로 현재 정수처리장에서 pH 조정용으로 많이 이용되고 있는 황산과 먹는 물에 첨가시 안전성이 높은 이산화탄소를 적용하여 응집효율을 비교 평가해 보았다. 또한 현재 상수도 처리공정의 실질적 운영목표가 되고 있는 탁도물질의 제거효율에 저해받지 않으면서 자연 유기물 및 소독부산물을 효율적으로 제어하며 후속되는 공정에서 수질문제를 유발시키지 않는 응집조건을 도출하고자 하였다.
본 연구는 D 정수장에 설치된 응집, 침전 pilot plant 에서 pH 8 이상으로 증가되는 갈수기의 상수 원수를 대상으로 탁도, 자연 유기물 및 소독부산물에 대해 이산화탄소 및 황산을 이용하여 응집 pH를 낮추어 응집효율을 비교 평가해 보았다. 연구로부터 얻어진 결론은 다음과 같다.

제안 방법

검토하였다. Jar test 실험은 급속교반을 250rpm에서 1분간, 완속교반은 45, 35, 25, 20rpm으로 회전속도를 점진적으로 낮추어 각 3분씩 총 12분간 수행하였으며 침전시간은 30분간이었다. 응집제로는 PACS를 증류수에 녹여 0.
1에 도시하였다. Pilot plant는 유량 조정조, pH 조정조, 급속혼화조, 플록형성조, 침전조로 구성되어 있으며 처리 수량 6.9〃min로연속 운전하였다. 응집제로는 PACS(Poly Aluminium Chloride Silicate)를 peristaltic pump로 정량주입하였다.
Pilot plant에서의 실험은 Table 1과 같은 원수를 대상으로 pH 조건, pH 조정 약품의 변화 등에 따른 탁도, 총 유기탄소, 소독부산물의 제거율을 검토하였다. Jar test 실험은 급속교반을 250rpm에서 1분간, 완속교반은 45, 35, 25, 20rpm으로 회전속도를 점진적으로 낮추어 각 3분씩 총 12분간 수행하였으며 침전시간은 30분간이었다.
탁도는 Turvidimeter (Mod비 2100A, HACH)를 이용하여 측정하였다. THMFP(trihalomethane formation potential), HAAFP (haloacetic acid formation potential)는 시료 일정량을 30 mL vial에 취하고 n-hexane(Matsunoen Chemicals, J叩an)을 1:1의 비율로 넣어 20초간 강하게 교반한 후 30분간 정치시켜 추출하였다. 추출한 시료는 GC/ECD (HP 5890 Series Ⅱ, Hewlett Packard)로 분석하였으며 운전조건은 Table 2와 같다.
분석하였다. UV254 흡광도는 시료를 0.45 gm Membrane Filter로 여과한 후 10 mm cell로 UV Visible Spectrophotometer(UV-1610, Shimadzu)를 이용하여 파장 254nm에서 측정하였다. 탁도는 Turvidimeter (Mod비 2100A, HACH)를 이용하여 측정하였다.
pH 조정을 위한 약품으로 현재 정수처리장에서 pH 조정용으로 많이 이용되고 있는 황산과 먹는 물에 첨가시 안전성이 높은 이산화탄소를 적용하여 응집효율을 비교 평가해 보았다. 또한 현재 상수도 처리공정의 실질적 운영목표가 되고 있는 탁도물질의 제거효율에 저해받지 않으면서 자연 유기물 및 소독부산물을 효율적으로 제어하며 후속되는 공정에서 수질문제를 유발시키지 않는 응집조건을 도출하고자 하였다.
8 및 9과 같다. 본 실험에서는 이산화탄소와 황산을 이용해 원수의 pH를 6으로 조정하고 SCS를 주입하여 응집 후 침전조에서 채취한 시료의 pH를 측정하였다. pH를 낮게 조정한 후 pH의 회복이 이루어지지 않는다면 응집제 및 염소투입 등으로 인해 부식성이 더욱 증가하여 배급수관망의 부식을 촉진시킬 우려가 있다.
급속혼화조 및 플록형성조에서의 체류시간은 각각 분과 30분을 유지하였다. 침전조는 장방형 구조로 유출구에는 삼각웨어를 설치하였으며 총 침전시간은 150분이었다.
45 gm Membrane Filter로 여과한 후 10 mm cell로 UV Visible Spectrophotometer(UV-1610, Shimadzu)를 이용하여 파장 254nm에서 측정하였다. 탁도는 Turvidimeter (Mod비 2100A, HACH)를 이용하여 측정하였다. THMFP(trihalomethane formation potential), HAAFP (haloacetic acid formation potential)는 시료 일정량을 30 mL vial에 취하고 n-hexane(Matsunoen Chemicals, J叩an)을 1:1의 비율로 넣어 20초간 강하게 교반한 후 30분간 정치시켜 추출하였다.

대상 데이터

2 N으로 제조하여 실험에 이용하였다. pH 조정제는 0.2 N 황산용액과 99.5% 순도의 액화 이산화탄소를 이용하였으며 원수의 pH를 6~7 범위로 조정하였다.
본 연구는 D 정수장내 착수정에 위치한 pilot plant 에서 수행되었으며 공정도는 Fig. 1에 도시하였다. Pilot plant는 유량 조정조, pH 조정조, 급속혼화조, 플록형성조, 침전조로 구성되어 있으며 처리 수량 6.

이론/모형

TOC(Total Organic Carbon)는 Persulfate-Ultraviolet Oxidation Method에 따라 TOC 분석기 (TOC 5000, Shimadzu)로 분석하였다. UV254 흡광도는 시료를 0.

성능/효과

1. PACS 응집시 총 유기탄소 및 탁도에 대한 제거효율은 pH 7에서 가장 우수하였으며, 이 보다 낮거나 높은 pH에서는 제거효율이 감소되었다. 황산 및 이산화탄소를 이용하여 pH 7로 조정하면 pH를 조정하지 않은 원수에 비해 유기물에 대한 제거율이 각각 11, 15% 향상되어 이산화탄소 이용시 유기물에 대한 제거효율이 높았으며 이때 응집제의 주입량도 감소되었다.
2. 소독 부산물 제거를 위한 최적 응집 pH 7이었고 이산화탄소를 이용하여 pH 7로 저감시킬 때 미조정 시보다 THMFP, HAAFP의 제거율은 각각 20, 25% 향상되었고, 황산을 적용할 경우 각각 15, 16% 향상되었다. 즉, 응집공정에서 원수의 pH 조정만으로도 소독부산물의 제거효율이 향상되었다.
3. LSI 부식지수로 처리수의 부식성을 평가한 결과이산화탄소 및 황산을 이용해 원수의 pH를 저감할 때 수질의 부식성이 증가하였다. 그러나 이산화탄소의 경우 pH 저감시 응집, 침전을 거치는 동안 pH 회복 현상이 나타났으며 LSI도 시간에 따라 점차 증가하여 관망 및 시설물의 부식에 대한 영향이 황산에 비해 낮았다.
pH 8 인 원수에 대해 PACS 응집시 THMFP 및 HAAFP의제거 효율은 각각 54, 39%이었다. pH 7로 낮출 때 소독부산물의 제어효과가 증가하였는데 이산화탄소를 이용할 경우 THMFP 및 HAAFP의 제거 효율은 각각 74, 64%이었고 황산을 이용할 경우 각각 69, 54%이었다. pH 7 이하의 범위에서도 소독부산물에 대한 제어 효과는 pH를 저감하지 않은 시료에 비해서 높았다.
2와 같다. pH 7로 조정했을 때 응집효율이 가장 높았는데 황산 및 이산화탄소 적용시 미조정시에 비해 각각 11, 15% 더 향상되었다. 반면, pH 7 이하의 범위에서는 유기물의 제거 효율이 점차 감소하여 pH 6에서는 두 조건 모두에서 제거율이 미조정시에 비해 총 유기 탄소 제거율 향상이 5% 미만이었다.
6 및 7과 같다. pH 8 인 원수에 대해 PACS 응집시 THMFP 및 HAAFP의제거 효율은 각각 54, 39%이었다. pH 7로 낮출 때 소독부산물의 제어효과가 증가하였는데 이산화탄소를 이용할 경우 THMFP 및 HAAFP의 제거 효율은 각각 74, 64%이었고 황산을 이용할 경우 각각 69, 54%이었다.
반면, 이산화탄소로 pH 조정시 응집공정을 통과한 후 침전조에서 pH가 점차 증가되는 현상이 나타냈는데 실제 정수장의 침전조에서의 체류시간이 본 실험조건보다 연장되는 것을 감안할 때 응집 후 pH 회복정도는 더욱 클 것으로 판단된다.
이산화탄소 적용시 탁도의 제거는 유기물의 제거과 달리 pH가 감소함에 따라 탁도의 제거율이 높아졌다. 이같은 결과는 유기물 및 소독부산물의 제어를 목적으로 처리수의 pH를 이산화탄소로 이용하여 감소시킬 때 탁도의 제거에도 효율적임을 나타낸다.
5, 7로 조정한 후 처리수 탁도의 변화를 제시하였다. 이산화탄소 적용시 탁도의 제거는 유기물의 제거과 달리 pH가 감소함에 따라 탁도의 제거율이 높아졌다. 이같은 결과는 유기물 및 소독부산물의 제어를 목적으로 처리수의 pH를 이산화탄소로 이용하여 감소시킬 때 탁도의 제거에도 효율적임을 나타낸다.
반면, pH 7 이하의 범위에서는 유기물의 제거 효율이 점차 감소하여 pH 6에서는 두 조건 모두에서 제거율이 미조정시에 비해 총 유기 탄소 제거율 향상이 5% 미만이었다. 이산화탄소를 pH 6.5, 7로 적용할 경우 황산에 비해 총 유기탄소의 제거율이 각각 2, 4% 높았고 pH 6의 조건에서는 두 조건 모두에서 동일한 제거율을 나타냈다. 이같은 결과는 bench scale 연구를 통해 이산화탄소를 이용하여 응집 pH를 낮춘 후 TOC 및 UVg 물질을 효율적으로 제어할 수 있었다는 Chowdhury 등의 보고와 일치하였다尸
5와 같다. 이산화탄소를 주입한 조건에서 50% 이상의 탁도제거 효율을 나타내기 위해 요구되는 최적 응집제의 주입량은 8 mg〃이었고 pH를 조정하지 않은 조건의 10 mg〃어〕비해 낮았다. 황산으로 pH 조정시 최적 응집제의 주입량은 12mg/Z로 오히려 pH를 조정하지 않은 조건에 비해 더 높은 농도가 요구되었다.
소독 부산물 제거를 위한 최적 응집 pH 7이었고 이산화탄소를 이용하여 pH 7로 저감시킬 때 미조정 시보다 THMFP, HAAFP의 제거율은 각각 20, 25% 향상되었고, 황산을 적용할 경우 각각 15, 16% 향상되었다. 즉, 응집공정에서 원수의 pH 조정만으로도 소독부산물의 제거효율이 향상되었다.
PACS 응집시 총 유기탄소 및 탁도에 대한 제거효율은 pH 7에서 가장 우수하였으며, 이 보다 낮거나 높은 pH에서는 제거효율이 감소되었다. 황산 및 이산화탄소를 이용하여 pH 7로 조정하면 pH를 조정하지 않은 원수에 비해 유기물에 대한 제거율이 각각 11, 15% 향상되어 이산화탄소 이용시 유기물에 대한 제거효율이 높았으며 이때 응집제의 주입량도 감소되었다.
이산화탄소를 주입한 조건에서 50% 이상의 탁도제거 효율을 나타내기 위해 요구되는 최적 응집제의 주입량은 8 mg〃이었고 pH를 조정하지 않은 조건의 10 mg〃어〕비해 낮았다. 황산으로 pH 조정시 최적 응집제의 주입량은 12mg/Z로 오히려 pH를 조정하지 않은 조건에 비해 더 높은 농도가 요구되었다.

참고문헌 (18)

김영탁, 임정아, 김은희, 윤정효, 김동윤 : 염화제이철을 이용한 응집 . 침전 공정에서 낙동강 원수의 DOC제거 및 분자량 분포 특성. 대한환경공학회지, 21(1), 65-75, 1999
윤제용, 송명석 : 기존 정수처리공정에서 트리할로메탄 생성 및 제거특성에 관한 연구. 한국물환경학회지, 12(2), 159-166, 1996
배철호, 홍성호, 허완수, 강위경 : 화학적 처리를 이용한 상하수도의 중금속 및 자연유기물질제거-Enhanced Coagulation에 의한 자연유기물질제거 및 THM의 생성에 관한 고찰. 대한환경공학회지, 20(2), 205-216, 1988
Kimberlyk, A. B., Mortza, A. and Gary, A. : Enhanced and optimized coagulation for removal of particulate and microbial contaminants. Proceedings of the AWWA Annual Conference, 303-310, 1996
Edzwald, J. K. : Coagulation in drinking water treatment - particles, organic and coagulants. Wat. Sci. Tech., 27(11), 21-35, 1993
전항배, 채선하, 백흥기, 신항식 : Alum의 응집 Mechanism을 고려한 2단혼화공정의 탁도 및 유기물질 응집특성 연구. 대한환경공학회지, 19(5), 633-642, 1997
Amirtharjah, A. and O'Melia, C. R. : Coagulation processes - estabilization, mixing and flocculation, Water Quality and Treatment, 4th. ed., McGraw-Hill, Inc, 269-365, 1990
Dempsey, B., Ganho, R. M. and O'Melia, C. : The coagulation of humic substances by means of aluminum salts. J. AWWA, 76(2), 141-150, 1984

상세보기
Dental, S. K. and Gosset, J. M. : Mechanism of coagulation with aluminum salts. J. AWWA, 80(4), 187-198, 1988

상세보기
Morris, J. K. and Knocke, W. R. : Temperature effects on the use of metal-ion coagulants for water treatment. J. AWWA, 76(3), 74-79, 1984
Nishith, M. and Vasavada, P. E. : Wastewater pH adjustment using liquid carbon dioxide. Proceedings of Water Envrironment Federation 65th Annual Conference, 115-120, 1992
Randtke, S. J. : Organic contaminant removal by coagulation and related process combinations. J. AWWA, 80(5), 40-45, 1988
Black, A. P. : Basic Mechanisms of Coagulation. J. AWWA., 52(4), 492-495, 1960

상세보기
Geo, C. W. : The Handbook of Chlorination and Alternative Disinfectants, 3rd Ed., Van Nostrand Reinhold, New York, 290-478, 1992
Chowdhury, Z. K., Papadimas, S. P. and Olivieri, B. : Cost of implementing enhanced coagulation and ICR - a city of Tempe experience. Proceedings of the AWWA Annual Conference, 35-37, 1995
Reckhow, D. A. and Singer, P. C. : Chlorination by- product drinking waters: from formation potentials to finished water concentrations. J. AWWA, 82(4), 173-175, 1990

상세보기
명복태 : 정수처리에 있어서 탁도 및 용존유기물질의 동시제거를 위한 향상응집의 영향 인자에 관한 연구. 건국대학교 석사논문, 34-85, 2000
Costello, J. J. : Corrosion control within water distribution systems. Proceedings of the AWWA Annual Conference, 86-95, 1981

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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