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문제 정의
- 본 연구의 목적은 높은 망간농도의 원수를 처리하는 A 정수장에 용수수요증가로 여과지 증설이 필요하여 신규 여과지 여재 포설조건을 도출하기 위하여 접촉여과를 위한 여 재로 모래, 모래+망간사(MS), 망간사, 입상활성탄(GAC)의 네 종류를 채운 여과칼럼을 설치하고 각각에서의 이산화망간 부착량, 탁도제거율, 망간제거율, 유기물 제거율 등을 고찰하는 것이다. 이를 통해 망간사 여과지의 최적 운영조건을 파악하고 개선방안을 제시하는 것이다.
- 이를 통해 망간사 여과지의 최적 운영조건을 파악하고 개선방안을 제시하는 것이다.
제안 방법
- 여재별 망간 부착량시험은 시험초기와 후기에 여재채취 후 건조하여 망간과 기타 부착물을 용출시킨 후 용존 망간으로 망간 부착량을 측정하고 남은 여재는 세척 후 건조하여 총부착물의 무게도 같이 비교하였다. 모형플랜트에서는 여재별로 pH, 탁도제거율, 여재 비증, 잔류염소 소모율, 유기물 및 소독부산물 전구물질 제거율 등을 분석 조사하였다.
- 여재별 망간 부착량시험은 시험초기와 후기에 여재채취 후 건조하여 망간과 기타 부착물을 용출시킨 후 용존 망간으로 망간 부착량을 측정하고 남은 여재는 세척 후 건조하여 총부착물의 무게도 같이 비교하였다. 모형플랜트에서는 여재별로 pH, 탁도제거율, 여재 비증, 잔류염소 소모율, 유기물 및 소독부산물 전구물질 제거율 등을 분석 조사하였다.
- 유입수의 평균 망간농도가 0.204 mg/L인 호소수를 대상으로 모래, 모래+망간사, 망간사, 활성탄의 네 종류를 채운 접촉여과 칼럼을 설치하고 각각에서의 이산화망간 부착량, 탁도 제거율, 망간제거율, 유기물제거율 등을 관찰하였다. 또한 여과지 실공정에서의 망간사화된 여과지 운영조건과 개선방안을 고찰하였으며, 주요내용은 다음과 같다.
- 한편, 염소가 주입되지 않은 상태로 접촉여과를 실시할 경우 망간 제거율을 조사하기 위하여 산화제가 주입되지 않은 여과수를 이용하여 22일간 여과실험을 실시하였으며, 실험 기간 증 유입수의 평균 pH는 6.9, 망간농도는 0.265 mg/L이었다. 실험결과는 Table 2에 나타난 바와 같이 모래+망간사 칼럼의 제거율은 87%, 망간사칼럼의 제거율은 95%로 나타났으며 시험기간 동안 초기의 망간제거효율이 22일이 지난 후까지 유지되었다.
대상 데이터
- 모형플랜트는 각각 모래, 모래+망간사(용적비로 50%씩 혼합), 망간사, 입상활성탄이 충진 된 4개 여과칼럼으로 구성되었으며, 상세한 여재 사양은 Table 1과 같다. 망간사는 부안호를 상수원으로 하는 A정수장의 여과지에서 채취한 것을 이용하였다. 활성탄칼럼의 공상체류시간은 10분으로 설계되 었다.
- 활성탄칼럼의 공상체류시간은 10분으로 설계되 었다. 모형플랜트의 여과칼럼 유입수는 A정수장에서 응집후 침전처리 된 여과지유입수를 사용하였으며, 여과지유입수의 잔류 염소는 1.0 mg/L 전후였다. 여과칼럼당 유입량은 3.
이론/모형
- 각 컬럼별 유입수 및 유출수에 대한 망간농도의 측정은 원자흡광광도계를 이용하여 먹는물공정시험 법에 따라 실시하였다. 여재별 망간 부착량시험은 시험초기와 후기에 여재채취 후 건조하여 망간과 기타 부착물을 용출시킨 후 용존 망간으로 망간 부착량을 측정하고 남은 여재는 세척 후 건조하여 총부착물의 무게도 같이 비교하였다.
성능/효과
- Knocke 등(1991)의 연구에서도 MS를 사용하여 용존성 망간을 제거할 경우 여재표면에서 15 cm사이에서 대부분의 용존성 망간이 제거되었다.*0 망간사와 모래를 혼합한 경우에도 망간사와 유사한 정도의 이산화망간 피복이 이루어지는 것으로 조사되어 기존 모래 여과지를 망간사여과지로 교체할 경우 전층을 교체하지 않고 일정 깊이만 교체하여도 충분한 망간제거효과를 거둘 수 있을. 것으로 생각된다.
- 1) 여과지 유입수(잔류염소 1.0 mg/L)를 사용하여 실험한 결과 모래+망간사칼럼은 98.9%, 망간사칼럼은 99.2%의 망간 제거율을 보였으며 모래칼럼 및 활성탄칼럼의 경우 초기에는 거의 제거되지 않다가 모래칼럼은 8개월 후부터 99% 이상의 망간제거율을 보였으며 활성탄칼럼은 8개월 후부터 35% 의 제거율을 보였다.
- 1년간 모형플랜트 여과칼럼을 운영한 결과 연평균값으로 모래 칼럼은 65.7%, 모래+망간사칼럼은 98.9%, 망간사칼럼은 99.2%, 활성탄칼럼은 16.5%의 망간 제거율을 보였다. Fig.
- 2) 모래, 모래+망간사(1 : 1)에 대한 1년간의 실험에서는 모래 칼럼의 경우 망간부착량이 6.3 mg/g 정도 형성되었으며 모래+망 간사 칼럼의 경우는 51 mg/g이 증가되었다. 모래 칼럼의 경우 6개월 후부터 표층에서 심층까지 전층에 걸쳐 망간 사형 성이 되었으며 이때부터는 망간사 형성속도가 급속히 빨라짐을 관찰할 수 있었다.
- 0 정도로 조정하여 여과한 후 여과수의 망간농도를 시험한 결과는 Table 2와 같다. 2일 평균 모래+망간사에서는 34%, 망간사에서는 64% 의 제거율을 보여 흑수발생 가능성이 있다고 판단되며, 첫째 날 시험에서는 모래+망간사, 망간사에서 각각 60.7%, 99.9% 의 제거율을 보이다가 운영 둘째 날에는 모래+망간사, 망간 사에서 각각 2.2%, 25.1%의 제거율을 보여 급격히 효율이 저하됨을 보였다. 이정도 제거효율은 정수에서 문제를 일으킬 가능성이 있다고 판단되며 2일이 경과하면서 망 간사 칼럼에서도 망간제거효율이 급격히 떨어지는 현상을 보였다.
- 3) 초기 여과사와 약 5년 동안 형성된 망간사의 비증을 조사한 결과 망간사는 1.91에서 2.48로 여재 깊이에 비례해 증가하였다. 한편, 동일한 역세척 속도에서 여재의 팽창률을 조사한 결과 망간사가 모래보다 약25%가량 높게 나타나 적정 여재팽창율을 맞추기 위해 역세척 속도의 조절이 필요하다.
- 한편, 동일한 역세척 속도에서 여재의 팽창률을 조사한 결과 망간사가 모래보다 약25%가량 높게 나타나 적정 여재팽창율을 맞추기 위해 역세척 속도의 조절이 필요하다. 4) 높은 망간농도의 원수를 사용하는 정수장의 경우, 기존 여과지의 망간사화 정도에 따라 다르겠으나 여과지 신설 시기 존망 간사와 모래를 1 : 1로 포설할 경우 기존여과지와 신규 여과지에서 망간누출 없이 효율적으로 운영할 수 있을 것으로 생각된다.
- 리공정에서 용존성 망간의 제거율은 매우 낮다.5) 국내 의 일반적인 정수처리 공정에서 용존성 망간 제거를 위하여 적용하고 있는 방법은 대부분 이산화망간으로 피복된 여재(망간사, 이하 망간사라 함)를 통해 여과하는 망간접 촉 여과법이 다. 망간접촉여과에 의한 망간이온의 제거는 Fig.
- 1과 같이 나타낼 수 있다.6) 망간사의 표면에 망간이온이 닿으면 접촉산화작용에 의하여 망간이온은 망간사의 표면에 산화물이 되어 고정됨으로써 수중에서 제거되고, 망간사는 접촉산화력을 상실하게 된다. 접촉산화력을 상실한 망간사는 염소 등의 산화제를 이용하여 재생이 가능하며, 요구되는 염소농도는 원수의 pH, 수온 및 접촉시간 등에 따라 달라진다.
- 제거할 수 있을 것이다. A정수장의 경우도 위와 같은 수원의 특성을 보이며 경험적 결과로 보면 여과지 유출수의 잔류염소를 0.5 mg/L 이상 유지할 경우 유효하게 망간을 제거할 수 있었다.
- 3%로 제거율이 가장 좋았다. UV254, TOC제거율이 초기 2개월간 제거율은 각각 88.9%, 82.5%를 3~7개월 사이에는 53.5%, 47.2%의 제거율을 보이다가 입상활성탄에서 망간 제거효율이 증가하기 시작한 8개월 후 부터는 25.5%, 33.1%로 제거율이 하락하였다. 이는 장기간 사용에 따른입상활성탄의 흡착능 저하와 이산화망간이 지속적으로 입상활성탄의 표면에 부착할 경우 이산화망간의 피복이 입상활성탄의 세공을 막게 되어 나타나는 현상으로 생각된다.
- 4는 모래와 활성탄의 1년 운영 후 이산화 망간 피복 정도를 나타내고 있다. 두 여재 모두 가동초기에는 이산화망간 부착이 전혀 없었으나, 여과가 진행되면서 이산화망간의 부착현상이 일어났다. 활성탄의 경우 전층평균 1.
- 이는 장기간 사용에 따른입상활성탄의 흡착능 저하와 이산화망간이 지속적으로 입상활성탄의 표면에 부착할 경우 이산화망간의 피복이 입상활성탄의 세공을 막게 되어 나타나는 현상으로 생각된다. 망간사+모래칼럼 및 망 간사 칼럼에서 UV254는 약 12-15%, TOC는 11%정도로 비슷한 제거율을 보였고 모래칼럼에서는 두 항목 모두 망 간사 칼럼과 비슷하거나 낮은 제거율을 보였다.
- 여재의 비중이 작아질 경우 모래여재를 기준으로 설정한 역세척 속도로 역세척을 실시하면 여재의 팽창율이 과도하여여재유실이 발생할 수 있으므로 이에 대한 대비가 필요하다. 모래칼럼에서와 같은 역세척속도를 망간사칼럼에 적용하였을경우 여재팽창률이 약 25% 증가하는 것으로 조사되었다.
- 모래칼럼은 초기 6개월 동안 망간 제거율이 낮았으나 가동 후 약 7개월부터 제거율이 좋아지다가 8개월부터 99% 이상 제거율을 보여 일정기간 운영 후에는 모래에 이산화망간 피복이 생겨 접촉여과에 의한 망간제거가 효과적으로 이루어지는 것으로 생각된다. 한편, 활성탄칼럼은 가동 초기에는 거의 망간 제거가 이루어지지 않았으나, 8개월 후에 35% 정도의 제거율을 보였다.
- 265 mg/L이었다. 실험결과는 Table 2에 나타난 바와 같이 모래+망간사 칼럼의 제거율은 87%, 망간사칼럼의 제거율은 95%로 나타났으며 시험기간 동안 초기의 망간제거효율이 22일이 지난 후까지 유지되었다. 전체적으로 여과칼럼 유입수에 잔류염소를 1.
- 여재별 소독부산물 전구물질 제거율을 조사하기 위하여 THMFP, HAASFP, CHFP에 대한 시험결과, Table 5에 나타난 바와 같이 모래칼럼에 비하여 망간사칼럼에서의 제거율이 THMFPe 2.3%, CHFP는 2.6%정도 높게 나타났으며 HAA5FP 는 제거율이 2.4% 떨어지는 것을 보였으나 효율차이는 크지 않은 것으로 생각된다. 활성탄칼럼의 경우 THMFF는 35.
- 여재별 유기물질 제거율을 조사하기 위하여 UV254, TOC 를 시험한 결과 활성탄칼럼에서는 각각 31.7%, 37.3%로 제거율이 가장 좋았다. UV254, TOC제거율이 초기 2개월간 제거율은 각각 88.
- 13) 운영하였다. 유입수 수질은 동절기에는 호소의 전도현상발생으로 망간농도가 높았으며, 하절기에는 망간농도는 낮고 유기물 및 소독부산물 전구물질이 높아지는 경향을 보였다. 실험기간동안 여과칼럼유입수의 평균 망간 농도는 0.
- 1%의 제거율을 보여 급격히 효율이 저하됨을 보였다. 이정도 제거효율은 정수에서 문제를 일으킬 가능성이 있다고 판단되며 2일이 경과하면서 망 간사 칼럼에서도 망간제거효율이 급격히 떨어지는 현상을 보였다.
- 실험결과는 Table 2에 나타난 바와 같이 모래+망간사 칼럼의 제거율은 87%, 망간사칼럼의 제거율은 95%로 나타났으며 시험기간 동안 초기의 망간제거효율이 22일이 지난 후까지 유지되었다. 전체적으로 여과칼럼 유입수에 잔류염소를 1.0 mg/L를 유지하여 여과한 실험에 비하여 제거율은 약간 떨어졌으나 22일이 지나도 일정부분 흡착능이 유지됨을 볼 때 실제 정수처리공정에서 일정기간동안 산화제(염소 등) 가투입되지 않아도 80% 이상의 제거율을 거둘 수 있을 것으로 생각된다.
- 것으로 생각된다. 한편, 활성탄칼럼은 가동 초기에는 거의 망간 제거가 이루어지지 않았으나, 8개월 후에 35% 정도의 제거율을 보였다.
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