이 연구에서는 대규모 나노여과 정수처리 시스템의 각 단계의 생물학적 안정성과 공정내의 AOC를 측정하고자 한다. 나노 여과 정수처리 시스템은 미 플로리다 주 남부의 Plantation 시의 $45,400\;m^3$/day (12 mgd) 규모의 연수화 시설에서 연구하였으며, 표면 대수층의 유기물이 많은 지하수를 원수로 이용하였다. 유입원수의 평균 AOC 농도는 158 g/L acetate-C이다. 전처리(산과 스케일 방지제첨가) 후 AOC농도는 12.7% 가량 증가하였는데, 이는 전처리 과정에서 투입된 화학물들이 생물학적 안정성을 저감시킬 수 있음을 의미한다. 전체적으로 나노여과공정은 63.4%와 94.8% 의 AOC 및 DOC 제거효율을 보였다. 특히 1단계에서의 AOC 제거율 (68%)이 2단계에서의 제거율 (58%)보다 다소 높았는데 이는 높은 회수율과 산 전처리과정이 있는 대규모 나노 공정 2단계에서 흔히 형성되는 낮은 pH 높은 이온강도 및 경도 등의 화학적 환경에 기인한다고 사료된다.
이 연구에서는 대규모 나노여과 정수처리 시스템의 각 단계의 생물학적 안정성과 공정내의 AOC를 측정하고자 한다. 나노 여과 정수처리 시스템은 미 플로리다 주 남부의 Plantation 시의 $45,400\;m^3$/day (12 mgd) 규모의 연수화 시설에서 연구하였으며, 표면 대수층의 유기물이 많은 지하수를 원수로 이용하였다. 유입원수의 평균 AOC 농도는 158 g/L acetate-C이다. 전처리(산과 스케일 방지제첨가) 후 AOC농도는 12.7% 가량 증가하였는데, 이는 전처리 과정에서 투입된 화학물들이 생물학적 안정성을 저감시킬 수 있음을 의미한다. 전체적으로 나노여과공정은 63.4%와 94.8% 의 AOC 및 DOC 제거효율을 보였다. 특히 1단계에서의 AOC 제거율 (68%)이 2단계에서의 제거율 (58%)보다 다소 높았는데 이는 높은 회수율과 산 전처리과정이 있는 대규모 나노 공정 2단계에서 흔히 형성되는 낮은 pH 높은 이온강도 및 경도 등의 화학적 환경에 기인한다고 사료된다.
The objective of this study was to assess the assimilable organic carbon (AOC) in processing water, a measurement of biostability, at several stages of a full-scale nanofiltration (NF) water treatment plant. The NF membrane plant investigated was a $45,400\;m^3$/day (12 mgd) water softeni...
The objective of this study was to assess the assimilable organic carbon (AOC) in processing water, a measurement of biostability, at several stages of a full-scale nanofiltration (NF) water treatment plant. The NF membrane plant investigated was a $45,400\;m^3$/day (12 mgd) water softening facility at Plantation City in southern Florida, which utilized an organic rich groundwater (dissolved organic carbon (DOC) = 17.6 mg/L) originated from a surficial aquifer. The average AOC concentration of raw feed water was estimated at 158 g/L acetate-C. After pretreatment(acid and antiscalant addition), AOC levels increased by 12.7%, suggesting that pretreatment chemicals used to control scaling may deteriorate feed water biostability. The results also demonstrated that nanofiltration was capable of effectively removing 63.4% of AOC and 94.8% of DOC from the raw water. AOC rejection in stage 1 (${\approx}\;68%$) was slightly higher than that of stage 2 (${\approx}\;58%$) indicating that AOC was removed less at the solution environment (i.e. low pH, high ionic strength and high hardness), which was often created in the $2^{nd}$ stage of full-scale membrane plants due to pretreatment (acid addition) and high recovery operation.
The objective of this study was to assess the assimilable organic carbon (AOC) in processing water, a measurement of biostability, at several stages of a full-scale nanofiltration (NF) water treatment plant. The NF membrane plant investigated was a $45,400\;m^3$/day (12 mgd) water softening facility at Plantation City in southern Florida, which utilized an organic rich groundwater (dissolved organic carbon (DOC) = 17.6 mg/L) originated from a surficial aquifer. The average AOC concentration of raw feed water was estimated at 158 g/L acetate-C. After pretreatment(acid and antiscalant addition), AOC levels increased by 12.7%, suggesting that pretreatment chemicals used to control scaling may deteriorate feed water biostability. The results also demonstrated that nanofiltration was capable of effectively removing 63.4% of AOC and 94.8% of DOC from the raw water. AOC rejection in stage 1 (${\approx}\;68%$) was slightly higher than that of stage 2 (${\approx}\;58%$) indicating that AOC was removed less at the solution environment (i.e. low pH, high ionic strength and high hardness), which was often created in the $2^{nd}$ stage of full-scale membrane plants due to pretreatment (acid addition) and high recovery operation.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
Escobar와 Ran-dall의 연구)에 의하면, 나노여과공정은 DOC와 BDOC를 효과적으로 제거 할 수 있지만, AOC의 경우는 유입수의 수질에 따라 효과적으로 제거가 되지 않는다고 보고하고 있다. 따라서 본 논문에서는 앞으로 대규모 나노 여과 공정이 도입될 경우 심각하게 고려되어야 할 생물학적 안정성을 미 플로리다 주 Plantation 시의 대규모 나노여과시설의 각 공정별 처리수를 채수하여 체계적으로 연구를 수행하였다.
제안 방법
1에 나타낸 바와 같이 나노여과 공정 전에 화학약품을 첨가하여 전처리를 하였다. 전처리 과정에서 황산(140 mg/L)으로 pH 6.2까지 낮추고 스케일방지제인 Calgon EL-5600 (1.8 mg/L)을 첨가하여 막에 미네랄이 축적되는 것을 방지하였다. 화학적 전처리 다음, 수압을 241 kPa (35 psi)에서 965 kPa (140 psi) 까지 증가시킨 뒤 5 “m polypropylene microfilters를 통과하게 된다.
이 공정은 85%의 회수율(Recovery), 26 LMH (15 gfd)의 투과유속(Flux), 965 kPa (140psi)의 유입압력으로 운전하였다. 총 4개의 트레인을 가지고 있으며, 각각 11, 300 m3/day (3 mgd)를 처리, 생산하였다. 각 트레인은 2 단으로 구성되어 있으며, 모든 막은 Koch-Fluid System (San Diego, CA)의 TPC-556 제품을 사용하였다.
이산화탄소와 황화수소는 탈기화 장치에 의해 제거된다. 염소기체 (3-4 mg/L)로 소독한 뒤 플로오르화물(0.6-0.7 mg/L)과 zinc orthophosphate 부식방지제 (1.5-2.0 mg/L)를 마지막으로 첨가하였다. 이러한 공정을 바탕으로 Plantation 시의 NF연수화 시설은 1991년부터 운영되어 왔는데 2000년까지의 운영기록을 분석해 볼 때 specific flux가 평균적으로 1.
분석하였다. 분자량 분포는 Protein-pak 컬럼 (Waters, Milford)을 사용하는 HPSEC (High performance liquid chro- matography-size exclusion chromatography)와 UV 흡광 측정기 (Waters96, Milford)에 의해 분석하였다. NOM (natural organic metter)의 구조는 XAD-8과 XAD-4 resins을 이용하여 소수성, 반친수성, 친수성으로 분류하였다.
분자량 분포는 Protein-pak 컬럼 (Waters, Milford)을 사용하는 HPSEC (High performance liquid chro- matography-size exclusion chromatography)와 UV 흡광 측정기 (Waters96, Milford)에 의해 분석하였다. NOM (natural organic metter)의 구조는 XAD-8과 XAD-4 resins을 이용하여 소수성, 반친수성, 친수성으로 분류하였다. N0M의 전하밀도는 자동적정기를 사용하여 potentiometric micro-titration 을 통해 결정하였다.
0.45 "m filter의 30 mL glass syringe를 사용하여 DOC 샘플을 채취한 뒤 Phoenix 8000 TOC 분석기 (Tekmar- Dohrmann, Cincinnati, OH)를 사용하여 시료를 분석하였다.
미국 플로리다 주의 Plantation 시의 연수화 시설 (45, 000 m%iay)을 이용하여 대규모 나노여과 정수 시스템에서의 생물학적 안정성의 공정 단계별 변화를 연구하였다. 화학 적전처리 후 AOC의 농도는 12.
대상 데이터
총 4개의 트레인을 가지고 있으며, 각각 11, 300 m3/day (3 mgd)를 처리, 생산하였다. 각 트레인은 2 단으로 구성되어 있으며, 모든 막은 Koch-Fluid System (San Diego, CA)의 TPC-556 제품을 사용하였다.
AOC의 생물학적 정량을 위해 Pseudomonas fluore- scens P17 균주와 Spirillum colutans NOX 균주를 사용했다. AOC계산은 평균 P17과 NOX를 측정한 뒤 식 (1)을 사용하여 계산한다.
미 남부 Florida의 Biscayne Aquifer으로부터 얻어진 유기물이 풍부한 지하수를 원수로 사용하였다. 원수의 특성은 Table 1과 같다.
시료는 Fig. 1에 나타낸 것과 같이 7곳에서 채취하였다. 1) 유입수, 2) 황산과 polyacrylate antiscalent를 주입한 후, 3) 1단계 막의 첫번째 부분 투과수, 4) 1단계 막의 모든 부분을 투과하여 조합된 여과수, 5) 2단계 유입수 (즉, 1단계에서 농축된), 6) 2단계의 마지막 부분을 통과한 여과수, 7) 2단계의 모든 부분을 투과하여 조합된 여과수를 채취하였다.
이론/모형
AOC는 Escobar와 Randal『이 설명한 것과 같이 ATP fluorescence 보다 박테리아를 계수하는 평판배양법 (plate count) 을 사용하여 LeChevallier*)등이 제안한 방법으로 측정하였다. AOC의 생물학적 정량을 위해 Pseudomonas fluore- scens P17 균주와 Spirillum colutans NOX 균주를 사용했다.
성능/효과
아세테이트와 아미노산과 같은 낮은 분자량의 AOC 화합물은 유입수 내에 박테리아가 성장할 수 있는 영양공급원 역할을 하기 때문에 막 표면에서 박테리아가 번식할 수 있는 원인이 된다. 막 여과 공정 내에서 생물학적 활성도를 측정하기 위해, 1단계 막의 mass balance를 계산하였는데 AOC mass flow는 상당한 감소를 보였다. 특히 미생물을 제어하는 전처리 과정이 없기 때문에 생물학적 막 오염의 가능성이 클 것으로 사료된다.
화학 적전처리 후 AOC의 농도는 12.7% 가량 증가하였으며, DOC 는 4% 정도 감소하고 있다. 이것은 화학적 전처리를 통해 일부 유기물질이 AOC로 전환하고 있음을 의미한다.
또한 전처리에 사용되는 스케일 방지제 자체가 AOC의 농도를 증가시킬 수도 있음을 알려준다. 본 연구의 나노여과 공정은 AOC의 63.4%, DOC의 94.8%를 제거하였다. DOC의 경우 휴믹산과 펄빅산 같은 유기고분자로 이루어져 있으므로, 아세테이트와 같이 작은 유기탄소로 이루어진 AOC보다 높은 제거율을 갖는다.
DOC의 경우 휴믹산과 펄빅산 같은 유기고분자로 이루어져 있으므로, 아세테이트와 같이 작은 유기탄소로 이루어진 AOC보다 높은 제거율을 갖는다. AOC의 제거율은 단계별로 감소하는 것을 나타내었는데 이는 높은 회수율과 산 전처리과정이 있는 대규모 나노 공정 후 단계에서 흔히 형성되는 낮은 pH, 높은 이온강도 및 경도등의 화학적 환경에 기인한다고 사료된다.
참고문헌 (8)
LeChevallie, M. W., Lowry, C. D., Lee, R. G., and Gibbon, D. L., 'Examining the Relationship between Iron Corrosion and the Disinfection of Biofilm Bacteria,' Journal American Water Works Association, 85(7) 111-123(1993)
Escobar, J. Randall, A., and Taylor, J., 'Bacterial Growth in Distribution Systems: Effect of Assimilable Organic Carbon (AOC) and Biodegradable Organic Carbon (BDOC),' Environ. Sci. Technol., 35(17), 3442-3447(2001)
Escobar, I. and Randall, A., 'Influence of Nanofiltration on Distribution System Biostability,' Journal American Water Works Association, 91, 76-89(1999)
LeChevallier, M., Shaw, N., Kaplan, L., and Bott, T., 'Development of a Rapid Assimilable Organic Carbon Method for Water,' Appl. Environ. Microbiol., 59, 1526 -1531(1993)
Escobar, I., Hong, S., and Randall, A., 'Removal of Assimilable Organic Carbon (AOC) and Biodegradable Dissolved Organic Carbon (BDOC) by Reverse Osmosis and Nanofiltration Membranes,' J. Membr. Sci., 175, 1-17 (2000)
LeChevallier, M. W., Boocock, T. M., and Lee, R. G., 'Examination and Characterization of Distribution System Biofilms,' Appl. Environ. Microbiol., 53, 2714-2724(1987)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.