[논문]정수처리에서 전기응집과 화학응집의 처리효율 비교

한무영; 송재민; 박상철

정수처리에서 전기응집과 화학응집의 처리효율 비교
Comparison of Electrocoagulation and Chemical Coagulation in Removal on Water Treatment 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.18 no.5, 2004년, pp.689 - 695

한무영 (서울대학교 지구환경시스템공학부) , 송재민 (메사추세스 공과대학) , 박상철 (서울대학교 지구환경시스템공학부)

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Electrocoagulation has been suggested as a promising alternative to conventional coagulation. The process is characterized by reduced sludge production, no requirement for chemical use, and ease of operation. However, this coagulation has scarcely been studied in water purifying process. This study was performed several batch experiments to compare turbidity removal between electrocoagulation and chemical coagulation. In addition, characteristics of floe were evaluated with zeta potential and particle size distributions. Electrocoagulation showed a relatively higher removal of turbidity (approximately 5%) with the same aluminum amount than conventional chemical coagulation. In addition, turbidity removal by electrocoagulation was less sensitive to pH and was greater for more extensive pH range than chemical coagulation. The results of zeta potential and floc size distributions illustrated that electrocoagulation provided the preferable conditions for coagulation such as zeta potential close to zero millivolt and increased portions of particles in the range of 40 and $100{\mu}m$.

주제어

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문제 정의

따라서 본 연구는 화학응집과 전기응집에 대한 회분식 실험을 통해 (1) 알루미늄 양과 pH에 의한 탁도 제거효율과 (2) 입자의 제타전위와 크기별 분포에 의한 플록의 특성을 비교 분석하여 전기응집의 효용성을 검토하고자 한다.
이는 앞서 서론에서 설명한 바와 같이 pH에 따라서 알루미늄염의 성질이 변하기 때문이다. 본 실험에서는 원수의 pH에 대하여 화학응집과 전기응집에서의 탁도 제거율에 대하여 비교해 보고자 하였다. pH에 따른 탁도제거율은 Fig.
본 연구는 정수처리 공정에서 기존의 응집 방법에 대한 대안으로 회분식 실험을 통해 전기응집과 화학응집을 비교하여 분석해 보았다. 실험 결과 다음과 같은 세부 결론을 얻을 수 있었다.
응집에 사용된 알루미늄 양에 따른 탁도 제거효율에 관하여 알아보았다. Fig.

제안 방법

화학응집의 경우는 응집제로 A12(SO₄)3 . I6H₂O를 사용하여 응집제주입과 동시에 급속 혼화를 30 초간 lOOrpm으로 시행하였으며, 완속 교반 및 침전은 전기응집과 동일하게 1S분, 25rpm으로 완속 교반을 실시하였고, 30분 동안 침전시킨 후 시료를 채취하였다. 화학응집에 사용된 응집제 주입량의 범위는 1~6mg/LasAl이며, 전기응집에서는 동일한 알루미늄 용해량을 얻기 위해 전류를 30sec~10min로 변화시켰다(Table 2).
1A의 값을 보였다. 극판에서 용출된 알루미늄이 원수 중에 균일하게 분포할 수 있도록 마그네틱스터러를 이용하여 교반을 하였다. 화학응집의 경우는 응집제로 A12(SO₄)3 .
본 실험에서는 알루미늄 양 4mg/L인 경우에서 입자 크기 특성을 알아보기 위하여 Particle counter를 이용하여 2~100㎛ 범위의 입자들을 6개 채널을 통해 원수와 전기분해 및 급속교반, 플록 형성 후, 30분 침전 이후의 화학응집과 전기응집에 대해 입자 크기 및 분포를 측정해 보았다. Fig.
본 실험에서는 전기응집과 화학응집 모두 2L 용량의 사각 아크릴 Jar tester 용기 (10.5 X 10.5 X 22cnF)를 이용하여 회분식 실험을 실시하였다. 샘플은 수표면에서 10cm 깊이에 있는 샘플링 포트에서 받아서 측정, 분석하였다.
실험 배치는 전기응집의 경우 위의 장치와 같이 8 X 16cm의 알루미늄 극판 4개를 병렬로 연결하였으며 극판의 간격은 각각 0.5cm 간격으로 설치하였다. 전원공급은 직 류전원공급장치 를 이용하여 극판에 24V직류전압을 공급하였으며, 전류계를 회로에 직렬로 연결하여 전류를 측정하였다.
알루미 늄 농도는 ICP-AES (Inductively coupled plasma-Atomic Emission Spectrometer, Shimadzu)를이용하여 측정하였으며 알루미늄 총 양의 계산은 측정된 알루미늄 이온의 농도에 총 시료 부피를 곱하여 계산하였다. pH는 Orion사의 55OA 모델의 pH 미터로 측정하였다.
전기응집과 화학응집에서 90%의 탁도 제거율을 나타내는 알루미늄 양 4mg/L 인 조건에 대하여 전기분해와 급속 혼화 직후 입자의 제타 전위를 측정하였다. 일반적으로 응집에서 입자는 TOmV에서 +10 mV 범위의 제타전위값을 가지는 것을 추천하고 있다.
5cm 간격으로 설치하였다. 전원공급은 직 류전원공급장치 를 이용하여 극판에 24V직류전압을 공급하였으며, 전류계를 회로에 직렬로 연결하여 전류를 측정하였다. 실험 수행 중 전류는 1.
pH는 Orion사의 55OA 모델의 pH 미터로 측정하였다. 제타전위는 전기응집과 화학응집에 대하여 각각 전기분해, 급속 혼화 후 DELSA440 SX (Beckman & Coulter, USA)를 이용하여 측정 하였으며 . 플록형 성 후 연속 입 자계수기 (PC2400D, Chemtrac, USA)를 이용하여 2~ 100/an 범위에서 6 개의 채널에 의해 원수와 급속 교반.
완속 교반. 침전 후의 입자의 크기 및 분포를 측정하였다. 탁도는 HACH사 2100P 모델의 탁도계를 사용하였다.
I6H₂O를 사용하여 응집제주입과 동시에 급속 혼화를 30 초간 lOOrpm으로 시행하였으며, 완속 교반 및 침전은 전기응집과 동일하게 1S분, 25rpm으로 완속 교반을 실시하였고, 30분 동안 침전시킨 후 시료를 채취하였다. 화학응집에 사용된 응집제 주입량의 범위는 1~6mg/LasAl이며, 전기응집에서는 동일한 알루미늄 용해량을 얻기 위해 전류를 30sec~10min로 변화시켰다(Table 2). pH 3~11까지의 변화는 HeSO#와 NaOH를 사용하여 이루어졌다.

대상 데이터

5 X 22cnF)를 이용하여 회분식 실험을 실시하였다. 샘플은 수표면에서 10cm 깊이에 있는 샘플링 포트에서 받아서 측정, 분석하였다. 전기응집과 화학응집의 실험 배치는 Fig.
플록형성, 침전의 순이다. 실험에 사용된 원수는 수돗물에 약 0.016g/L kaoKn을 첨가하여 9 NTU의 탁도로 조제하였으며 측정된 원수의 성상은 Table 1에서 보여주고 있다.
침전 후의 입자의 크기 및 분포를 측정하였다. 탁도는 HACH사 2100P 모델의 탁도계를 사용하였다.

성능/효과

(1) 탁도 제거율은 실험에 사용된 알루미늄 주입량 범위 내에서 전기응집이 화학응집에 비해 약 5% 높게 나타났으며, 동일한 제거율을 얻기 위해서는 전기응집의 경우가 화학응집에 사용된 알루미늄 양에 비해 적게 소요됨을 확인할 수 있었다. 또한 pH로부터 영향을 비교적 적게 받아 화학응집에 비해 넓은 범위의 pH에서도 안정적인 탁도 제거율을 보이고 있었다.
(2) 플록의 특성을 살펴볼 때, 제타전위는 전기응집이 화학응집에 비해 등전점에 가까운 전위를 보였다. 플록의 크기 분포는 플록형성공정 이후 화학응집보다 큰 플록을 형성하여 전기응집이 침강성이 높은 플록형성에 유리함을 알 수 있었다.
적게 소요됨을 확인할 수 있었다. 또한 pH로부터 영향을 비교적 적게 받아 화학응집에 비해 넓은 범위의 pH에서도 안정적인 탁도 제거율을 보이고 있었다.
7(a)에서 보여지듯 원수의 대부분 입자 분포는 10~20㎛ 범위에 존재한다. 전기응집의 전기분해와 화학응집의 급속교반의 결과로 큰 플록이 형성됨을 확인할 수 있었으며, 플록큘레이션에 의한 영향으로 전기응집과 화학응집 모두 20㎛ 이상의 플록에서 크기가 증가하고 있음을 알 수 있다. 그러나 화학응집에 비해 전기응집이 같은 알루미늄 양에서 큰 플록을 형성하는데 더 유리한 결과를 보여주고 있다.
플록의 크기 분포는 플록형성공정 이후 화학응집보다 큰 플록을 형성하여 전기응집이 침강성이 높은 플록형성에 유리함을 알 수 있었다.
70~100㎛의 입자를 살펴보면. 플록형성 후 전기응집이 화학응집에 비해 10배 더 높은 입자의 부피를 가지는 것으로 나타났다. 이러한 크기의 플록은 Fig.

후속연구

따라서 전기응집을 사용하였을 경우 화학응집에 사용된 알루미늄 양의 약 24% 정도를 절약할 수 있다. 알루미늄의 양은 결과적으로 침전 후 발생되는 슬러지의 양과도 밀접한 관계가 있으므로 알루미늄 양의 절감은 발생 슬러지 양 감소, 처리 및 운반비용 감소라는 부가의 경제적 효과를 창출할 것으로 기대된다.
이와 같이 회분식 실험을 바탕으로 전기응집이 화학응집에 비하여 효율적으로 나타났으나, 이의 실제 적용을 위해서는 다양한 응집제 주입 조건과 응집 pH 범위에서의 실험이 필요하며 , 중대규모의 pilot 테스트 또는 실제정수장에서의 실험적 연구가 더욱 요구된다.

참고문헌 (13)

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송재민， 한무영， 정태학(2001) . 전기응집 공정에서 응집시간이 탁도제거울에 미치는 영향， J. of KSWW, 15(1), pp. 55-57
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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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