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문제 정의
- 낙동강 유역에는 상, 하류에 걸쳐 92개소의 공단이 있고, perchlorate의 발생원이라고 알려져 있는 군부대와 제지, 펄프 공장 등이 상당수 존재하고 있어 perchlorate에 의한 오염 가능성이 존재하는 곳이다. 따라서 본 연구에서는 영남권 주민들의 상수원수로 이용되고 있는 낙동강 본류 및 지류들에 대해 2006년 6월부터 12월까지 월별로 분석한 낙동강에서 prechlorate 분포 특성을 비교하였으며, 또한, 낙동강에서 perchlorate가 유출시 고도정수처리 공정인 활성탄 흡착공정에서의 perchlorate의 제거능도 함께 검토하였다.
- 본 연구에서는 2006년 6월 이후로 매달 낙동강 수계를 따라 하천수를 샘플링하여 perchlorate 오염 가능성을 조사하였다. 낙동강 상류에서 하류까지 본류와 지천을 포함하여 종 29개 지점을 채수하였으며, 자세한 시료채수 지점은 Fig.
제안 방법
- 입상활성탄 연속 흡착실험은 perchlorate 희석액 조에서 50 μg/L 농도인 perchlorate 용액을 정량펌프를 사용하여 18 mL/ min으로 분배조(distributor)로 이송한 후 직경 20 mm인 8개의 투명 아크릴 활성탄 흡착조로 3 mL/min 씩 균등하게 분배되도록 하였다. 컬럼 내 활성탄을 30 μg/L씩 충진하여 EBCT 가 10분이 되도록 조절하였고, 활성탄 흡착조는 하향류 방식으로 운전하였으며, Fig.
- 하였다. 컬럼 내 활성탄을 30 μg/L씩 충진하여 EBCT 가 10분이 되도록 조절하였고, 활성탄 흡착조는 하향류 방식으로 운전하였으며, Fig. 3에 개략적인 연속 컬럼 홉 착 조를 나타내었다. 활성탄 흡착조의 역세척은 2~3일에 한번 씩 하였고, 역세척 방법은 활성탄 컬럼 하부로 처리수를 공급하여 활성탄 층이 50% 정도 팽창되도록 하였으며, 공세는 실시하지 않았다.
- 3에 개략적인 연속 컬럼 홉 착 조를 나타내었다. 활성탄 흡착조의 역세척은 2~3일에 한번 씩 하였고, 역세척 방법은 활성탄 컬럼 하부로 처리수를 공급하여 활성탄 층이 50% 정도 팽창되도록 하였으며, 공세는 실시하지 않았다.
대상 데이터
- ) 를 사용하여 Ion Pak AS 16 컬럼과 AG 16 guard 컬럼을 사용하여 US EPA method 314에 근거하여 분석하였다. Perchlorate 표준용액은 Aldrich사의 sodium perchlorate 98%를 사용하여 100 mg/L의 농도로 조제한 것을 5-200 ug/L로 검량 선을 작성하였다. Eluent는 50 mM KOH를 사용하였으며 유량은 L2 mUmin으로 하였다.
- 낙동강 상류에서 하류까지 본류와 지천을 포함하여 종 29개 지점을 채수하였으며, 자세한 시료채수 지점은 Fig. 1에 나타내었다.
- 본 시료채수 대상 하천인 낙동강은 영남권 전역을 유역권으로 하여 남해로 유입되며, 길이 525.15 km, 유역면적 23.717 km?로 우리나라 전 국토의 24.1%를 차지하고 있다.
- 본 실험에서는 석탄계 재질(coal)의 활성탄(F400, Calgon), 야자계 재질 (coconut) 의 활성탄(1급, Samchully), 목탄계 재질 (wood)의 활성탄(pica, Picabiol)을 사용연수별로 신탄, 3년 사용 탄으로 선별하여 실험에 사용하였으며, 사용탄들은 낙동강 원수를 처리하는 1일 300톤 처리규모의 pilot-plant에서 사용 중인 활성탄을 이용하였다. 활성탄 신탄 및 사용탄들은실험에 들어가기 전에 증류수로 충분히 세척한 후 105℃의 건조기에서 7일 동안 건조시켜 실험에 사용하였다.
데이터처리
- 활성탄 신탄에서의 perchlorate 흡착능을 평가하기 위하여 각각의 활성탄 재질별 신탄들의 파과시점(BV)까지의 유입농도와 유출농도를 가지고, 식 (1)에 나타낸 Freundlich 등온흡착식을 이용하여 XXM과 Ce를 구하여 그 결과를 Fig. 5에 나타내었고, 이를 회귀분석하여 k와 1/n을 구하였다.
이론/모형
- Perchlorate 분석은 ion chromatograph(DX-320, Dionex, U.S.A.) 를 사용하여 Ion Pak AS 16 컬럼과 AG 16 guard 컬럼을 사용하여 US EPA method 314에 근거하여 분석하였다. Perchlorate 표준용액은 Aldrich사의 sodium perchlorate 98%를 사용하여 100 mg/L의 농도로 조제한 것을 5-200 ug/L로 검량 선을 작성하였다.
- Perchlorate에 대한 활성탄 신탄들의 흡착용량(adsorption capacity)을 평가하기 위해 Snoeyink의 연구')에서 활성탄 사용율(carbon usage rate: CUR)과 활성탄 수명 (bed life: Y)을구하기 위해 사용한 식 (2)와 식 (3)을 연속컬럼에서의 파라미터를 적용할 수 있는 식 (4)로 변형시켜 CUR과 bed life 를 구하였다. 일반적으로 평형 흡착실험은 분말활성탄(powder activated carbon, PAC)을 이용하여 batch식으로 수행하는 것이나 이러한 조건은 실제 정수장의 활성탄 접촉조의 접촉면적과 흡착시간과 같은 조건이 많이 바뀐 상태로 모든 활성탄이 평형상태를 이루지 않는 실제 정수장에서 batch 실험에서 도출된 값을 적용하는 것은 의미가 없다.
- 활성탄 신탄 및 사용탄들은실험에 들어가기 전에 증류수로 충분히 세척한 후 105℃의 건조기에서 7일 동안 건조시켜 실험에 사용하였다. 실험에 사용된 활성탄의 세공용적과 비표면적은 활성탄 세공용적측정기 (AUTOSORB-1 MP, Quantachrome, U.S.A.)로 측정하였고, 그 밖의 일반적인 물성치 실험은 KS 규격에 준하여 분석하였다. Table 1에 각 활성탄들의 물성치를 나타내었다.
성능/효과
- Fig. 4(a)에 나타낸 활성탄 재질별 사용탄에서의 흡착능 평가결과에서는 3.1 년 사용한 활성탄에서는 perchlorate 에 대한 흡착능은 거의 없는 것으로 평가되었으며, bed volume 2, 500 이전에 모두 파과점에 도달하는 것으로 나타났다. Fig.
- 2006년 6월부터 12월까지 낙동강 본류 및 주요 지천들에서의 perchlorate 검출현황을 조사한 결과, 2006년 6월에 구미 하류인 왜관에서 82.1 μg/L가 검출되었으며, 고령에서 34.1 Hg/L, 대암 18.3 μg/L, 적포 12.6 μg/L, 남지 13.6 ng/L 및 부산시 상수 취수원인 물금에서 7.6 ug/L가 검출되었다. 이런 결과는 구미와 왜관 사이에 perchlorate 오염원이 존재하는 것을 의미하며, 하류로 갈수록 perchlorate 검출농도가 낮아졌다.
- CUR의 경우 석탄계 활성탄은 perchlorate의 제거를 위해 1일 0.71 g, 야자계나 목탄계 활성탄의 경우는 2.16 g 및 3.45 g의 활성탄을 사용하여야만 제어가 가능한 것으로 조사됨에 따라 석탄계 활성탄의 경우는 다른 재질의 활성탄들에 비해 적은 양으로도 perchlorate를 제어할 수 있는 것으로 나타났다. 활성탄의 흡착용량을 나타내는 k값의 경우 석탄계 재질의 활성탄이 307.
- 1 년 사용탄에서는 활성탄 재질별로 거의 흡착능이 없었으며, 석탄계 및 야자계 재질의 활성탄 신탄에서는 운전 초기에는 흡착 제거되어지나, 목탄계 활성탄에서는 신탄에서도 제거 능이 낮았으며, 석탄계 신탄은 BV 2, 300 정도에서 파과에도달하였고, 야자계와 목탄계 신탄의 파과시점은 BV 719와 288 정도로 나타났다. 또한, 활성탄 g당 perchlorate에 대한 최대 흡착량(X/M)은 석탄계 활성탄이 768.2 ng/g으로 가장 높았으며, 다음으로 야자계 299 pg/g, 목탄계 99.2 Rg/g로 나타났다. CUR의 경우 석탄계 활성탄은 0.
- 527 cm'/g으로 가장 적었다. 신탄들의 세공용적 분포는 목탄계 (wood)가 20 A 이하의 미세세공(micro pore)이 가장 높았고, 석탄계 활성탄이 가장 낮은 것으로 나타났다. 이에 반해 800 A 정도까지의 중간세공(meso pore)의 분포를 보면 석탄계 활성탄이 가장 높았으며, 야자계 활성탄이 가장 낮은 세공 (pore) 분포를 나타내었다(Fig.
- 6 ug/L가 검출되었다. 이런 결과는 구미와 왜관 사이에 perchlorate 오염원이 존재하는 것을 의미하며, 하류로 갈수록 perchlorate 검출농도가 낮아졌다. 또한, 2006년 7월부터 12월까지 채수한 낙동강 본류 및 지천 시료에서는 perchlorate가 전혀 검출되지 않아 2006 년 6월에 일시적으로 perchlorate/} 구미와 왜관 사이의 본류에서 유출된 것으로 나타났다.
- 신탄들의 세공용적 분포는 목탄계 (wood)가 20 A 이하의 미세세공(micro pore)이 가장 높았고, 석탄계 활성탄이 가장 낮은 것으로 나타났다. 이에 반해 800 A 정도까지의 중간세공(meso pore)의 분포를 보면 석탄계 활성탄이 가장 높았으며, 야자계 활성탄이 가장 낮은 세공 (pore) 분포를 나타내었다(Fig. 2).
- 활성탄 g당 perchlorate에 대한 최대 흡착량(X/M) 은 석탄계 활성탄이 768.2 ng/g으로 가장 높게 나타났으며, 다음으로 야자계 299 pg/g, 목탄계 99.2 ng/g으로 나타났으며, 석탄계 활성탄이 야자계와 목탄계 활성탄에 비하여 최대흡착량이 약 2.6배와 7.7배 정도 큰 것으로 조사되었다.
- 활성탄 공정에서의 perchlorate 제거 특성을 조사한 결과, 3.1 년 사용탄에서는 활성탄 재질별로 거의 흡착능이 없었으며, 석탄계 및 야자계 재질의 활성탄 신탄에서는 운전 초기에는 흡착 제거되어지나, 목탄계 활성탄에서는 신탄에서도 제거 능이 낮았으며, 석탄계 신탄은 BV 2, 300 정도에서 파과에도달하였고, 야자계와 목탄계 신탄의 파과시점은 BV 719와 288 정도로 나타났다. 또한, 활성탄 g당 perchlorate에 대한 최대 흡착량(X/M)은 석탄계 활성탄이 768.
- 45 g의 활성탄을 사용하여야만 제어가 가능한 것으로 조사됨에 따라 석탄계 활성탄의 경우는 다른 재질의 활성탄들에 비해 적은 양으로도 perchlorate를 제어할 수 있는 것으로 나타났다. 활성탄의 흡착용량을 나타내는 k값의 경우 석탄계 재질의 활성탄이 307.2, 야자계 및 목탄계 재질의 활성탄의 경우는 각각 102.5 와 94.2로 나타나 석탄계 활성탄이 월등히 높은 k값을 나타내어 실험에 사용된 다른 재질의 활성탄에 비하여 perchlorate 흡착용량이 큰 것으로 조사되었다.
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