정수 처리공정의 응집 침전공정에서 무기고분자응집제를 이용한 미세조류의 제거 가능성을 파악하기 위해서 응집제의 종류(Alum, PAC)와 응집영향인자(알칼리도, 응집제 주입량, 침전시간)에 따른 미세조류의 제거율과 미세조류의 크기(micro-, nano-, picoplankton)별 제거율과 주입된 응집제가 미세조류의 제거에 미치는 기여율을 평가하였다. 알칼리도의 주입량에 따른 조류의 제거율은 Alum의 경우 알칼리도가 25 mg/L의 조건에서 87.2%, PAC의 경우 알칼리도가 30 mg/L의 조건에서 90.1%로 가장 높은 제거율을 나타내었다. 조류의 제거율이 가장 높은 응집제 주입량은 Alum의 경우 40 mg/L로 제거율이 88.1%이었고, PAC의 경우는 주입량이 50 mg/L에서 제거율이 89.0%로 가장 높은 제거율을 나타내었다. 그리고 조류의 제거에는 PAC보다는 Alum이 다소 유리하다는 것을 알 수 있었다. 응집제가 주입되었을 경우 주입되지 않은 조건에 비해서 조류의 제거율이 약 2배 정도 증가하는 것을 알 수 있었다. 최적조건 하에서 조류의 제거율은 nanoplankton > microplankton > picoplankton의 순으로 나타났으며, 특히 picoplankton의 제거율은 약 30% 미만으로 제거율이 매우 낮은 것을 알 수 있었다.
정수 처리공정의 응집 침전공정에서 무기고분자응집제를 이용한 미세조류의 제거 가능성을 파악하기 위해서 응집제의 종류(Alum, PAC)와 응집영향인자(알칼리도, 응집제 주입량, 침전시간)에 따른 미세조류의 제거율과 미세조류의 크기(micro-, nano-, picoplankton)별 제거율과 주입된 응집제가 미세조류의 제거에 미치는 기여율을 평가하였다. 알칼리도의 주입량에 따른 조류의 제거율은 Alum의 경우 알칼리도가 25 mg/L의 조건에서 87.2%, PAC의 경우 알칼리도가 30 mg/L의 조건에서 90.1%로 가장 높은 제거율을 나타내었다. 조류의 제거율이 가장 높은 응집제 주입량은 Alum의 경우 40 mg/L로 제거율이 88.1%이었고, PAC의 경우는 주입량이 50 mg/L에서 제거율이 89.0%로 가장 높은 제거율을 나타내었다. 그리고 조류의 제거에는 PAC보다는 Alum이 다소 유리하다는 것을 알 수 있었다. 응집제가 주입되었을 경우 주입되지 않은 조건에 비해서 조류의 제거율이 약 2배 정도 증가하는 것을 알 수 있었다. 최적조건 하에서 조류의 제거율은 nanoplankton > microplankton > picoplankton의 순으로 나타났으며, 특히 picoplankton의 제거율은 약 30% 미만으로 제거율이 매우 낮은 것을 알 수 있었다.
The purpose of this study is to understand the removal possibility of microalgae using inorganic coagulants in coagulation and sedimentation process for water treatment. Removal of microalgae was studied according to coagulant type(Alum and PAC), coagulation factors(alkalinity, coagulant dosage, and...
The purpose of this study is to understand the removal possibility of microalgae using inorganic coagulants in coagulation and sedimentation process for water treatment. Removal of microalgae was studied according to coagulant type(Alum and PAC), coagulation factors(alkalinity, coagulant dosage, and setting time), and size fraction of microalgae. The contribution of applied coagulants for removal of microalgae was also examined. The removal rate of the microalgae by change of alkalinity was most high in 25 mg/L of alkalinity(Alum) as 87.2% and 30 mg/L of that(PAC) as 90.1%. Optimal coagulant dosage to remove the microalgae was 40 mg/L(removal effi.; 88.1%), and PAC was 50 mg/L(removal effi.; 90.1%). Alum was better than the PAC to remove the microlgae. In the water treatment processes such as rapid slow mixing and sedimentation the removal efficiency of microalgae with coagulants was 2 times higher than that of without. In optimal condition, the removal efficiencies of microalgae were nanoplankton > microplankton > picoplankton. Especially, the removal efficiency of the picoplankton was very low as below 30%.
The purpose of this study is to understand the removal possibility of microalgae using inorganic coagulants in coagulation and sedimentation process for water treatment. Removal of microalgae was studied according to coagulant type(Alum and PAC), coagulation factors(alkalinity, coagulant dosage, and setting time), and size fraction of microalgae. The contribution of applied coagulants for removal of microalgae was also examined. The removal rate of the microalgae by change of alkalinity was most high in 25 mg/L of alkalinity(Alum) as 87.2% and 30 mg/L of that(PAC) as 90.1%. Optimal coagulant dosage to remove the microalgae was 40 mg/L(removal effi.; 88.1%), and PAC was 50 mg/L(removal effi.; 90.1%). Alum was better than the PAC to remove the microlgae. In the water treatment processes such as rapid slow mixing and sedimentation the removal efficiency of microalgae with coagulants was 2 times higher than that of without. In optimal condition, the removal efficiencies of microalgae were nanoplankton > microplankton > picoplankton. Especially, the removal efficiency of the picoplankton was very low as below 30%.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 정수 처리공정의 응집·침전공정에서 무기고분자응집제를 이용하여 미세조류의 제거 가능성을 파악하기 위해서 응집제의 종류(Alum, PAC)와 응집 영향인자(알칼리도, 응집제 주입량, 침전시간)에 따른 미세조류의 제거율을 검토하였으며, 또한 미세조류의 크기(micro-, nano-, picoplankton)별 제거율과 주입된 응집제가 미세조류의 제거에 미치는 기여율을 평가하였다.
정수 처리공정의 응집 · 침전공정에서 무기고분자응집제를 이용한 미세조류의 제거 가능성을 파악하기 위해서 응집제의 종류와 응집영향인자에 따른 미세조류의 제거율과 미세조류의 크기(micro-, nano-, picoplankton)별 제거율과 주입된 응집제가 미세조류의 제거에 미치는 기여율을 평가하는 것을 목적으로 하여 수행한 본 연구에서 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
18) pH는 pH meter(ORION 4STAR)로 측정하였으며, 알칼리도는 시료 100 mL를 분취하여 지시약(Methyl red 0.02 g)을 2∼3방울 적하시킨 후, 시료의 색이 청색에서 적자색으로 변할 때까지 0.02 N H2SO4로 적정하여 적정량으로부터 알칼리도를 산정하였다.
그리고 미세조류의 크기에 따른 제거율을 파악하기 위해서 배양된 조류를 200 µm mesh로 거른 다음 조류의 최적 제거 조건하에서 급속·완속교반을 수행한 후 상징수를 20 µm(Microplankton), 2 µm(Nanoplankton), 0.2 µm(Picoplankton) 여과지로 여과한 다음 Chl-a의 농도를 분석하였다.
또한, 응집제를 주입하지 않은 조건(Control)과 응집제를 주입한 조건 하에서 미세조류의 제거율을 산정하여 응집제의 유·무에 의한 침전제거율을 비교·평가 하였다.
미세조류의 제거율은 Chl-a의 감소여부로 평가하였으며 여과지로 여과한 후 여과지에 걸린 미세조류를 아세톤으로 추출하여 664, 647, 630, 750 nm 네 파장에서 흡광도를 측정하여 계산식에 의거하여 Chl-a를 산정하였다.18) pH는 pH meter(ORION 4STAR)로 측정하였으며, 알칼리도는 시료 100 mL를 분취하여 지시약(Methyl red 0.
실험은 알칼리도(25, 30, 35, 40, 45, 50 mg/L), 응집제 주입량(10, 20, 30, 40, 50, 60 mg/L), 조류의 농도(Chl-a;5 mg/m3 , 15 mg/m3 , 30 mg/m3), 침전시간(2, 4, 6, 8, 10, 20, 40, 60분)을 변화시켜 실험을 수행하였다. 알칼리도는 Ca(OH)2를 이용하여 조절하였다.
알칼리도 변화에 따른 클로로필 a(Chl-a)의 잔류농도 변화를 파악하기 위해서 온도 25±1℃, 응집제 주입량 50 mg/L, 침전시간 30 min의 조건에서 Ca(OH)2를 이용하여 알칼리도의 농도를 25∼50 mg/L의 범위로 조절하여 실험을 수행한 결과를 Fig. 2에 나타내었다.
온도는 온도조절 창치를 이용하여 25 ± 1℃로 조절하였으며, 조류의 성장은 클로로필-a(Chl-a)를 측정하여 나타내었다.
응집·침전에 의한 조류의 제거율을 파악하기 위해 Jartester(Labtech, LJT-060)를 이용하였으며, 1 L의 비이커에 시료 및 응집제를 주입하여, 150 rpm의 급속교반을 3분 실시한 후, 30 rpm의 완속교반을 15분간 실시하였다.
응집제(Alum, PAC) 주입량의 변화(10∼60 mg/L)에 따른 Chl-a의 잔류농도 변화를 파악하기 위해서 온도 25±1℃와 침전시간 30 min의 조건, 알칼리도는 최적조건 즉 Alum의 경우 25 mg/L, PAC의 경우 30 mg/L의 조건에서 실험을 수행한 결과를 Fig. 3에 제시하였다.
침전시간의 변화에 따른 조류의 제거율을 검토하기위해서 온도 25 ± 1℃, 알칼리도 최적조건(Alum의 경우; 25 mg/L, PAC의 경우; 30 mg/L), 응집제 주입율 최적조건(Alum;40 mg/L, PAC; 50 mg/L)에서 급속교반(150 rpm, 3분)과 완속교반(30 rpm, 15분)을 거친 후, 침전시간의 변화(2∼60 min)에 따른 Chl-a의 잔류농도를 파악한 제시한 결과를 Fig. 4에 제시하였다.
대상 데이터
일반적으로 국내 정수장의 응집·침전공정에서 많이 사용되는 응집제는 Alum과 PAC이다. 따라서 본 연구에서 사용한 응집제(삼구화학)는 황산알루미늄(Aluminum Sulfate 액상 7.0%)과 폴리염화알루미늄(Poly Alumium Chloride 액상 17%)로서 응집제 원액을 1%용액으로 희석하여 사용하였으며, 사용시에는 응집제가 물과 반응하면 가수분해되어 응집효율이 저하되기 때문에 실험시 즉시 제조하여 micropipette으로 주입하였다.
), 침전시간(2, 4, 6, 8, 10, 20, 40, 60분)을 변화시켜 실험을 수행하였다. 알칼리도는 Ca(OH)2를 이용하여 조절하였다.
성능/효과
1) 알칼리도에 따른 조류의 제거율은 Alum의 경우 알칼리도가 25 mg/L의 조건에서 87.2%, PAC의 경우 알칼리도가 30 mg/L의 조건에서 90.1%로 가장 높은 제거율을 나타내었다.
1) 특히 남조류나 녹조류 중에서 단일세포 상태일 경우에는 2 µm 이하의 picoplankton의 범주로 분류될 수 있으나, 이들 조류가 군체(colony)를 형성하면 nano-, microplankton의 범주로 분류될 수 있어 크기에 따라 조류의 종을 pico-, nano-, microplankton으로 엄밀히 구분하는 것은 불가능하다고 볼 수 있다.
2) 조류의 제거율이 가장 높은 응집제 주입량은 Alum의 경우 40 mg/L로 제거율이 88.1%이었고, PAC의 경우는 주입량이 50 mg/L에서 제거율이 89.0%로 가장 높은 제거율을 나타내었다. 따라서 조류의 제거에는 PAC보다는 Alum이 다소 유리하다는 것을 알 수 있었다.
3) 응집제가 주입되지 않은 조건에서는 약 46∼50%(48%), 응집제가 주입되었을 경우에는 약 89∼95%(92%) 정도의 제거율을 나타내어, 응집제를 주입함에 의해서 조류의 제거율이 약 2배 정도 증가하는 것을 알 수 있었다.
4) 최적조건 하에서 조류의 제거율은 nanoplankton > microplankton > picoplankton의 순으로 나타났으며, 특히 picoplankton의 제거율은 약 30% 미만으로 제거율이 매우 낮은 것을 알 수 있었다.
5에 제시하였다. Alum과 PAC에 의한 microplankton의 제거율은 약 50% 정도이었고, nanoplankton의 경우는 Alum에 의한 제거율이 약 60.7%, PAC에 의한 제거율이 약 49.7%이었다. 한편 Alum과 PAC에 의한 picoplankton제거율은 각각 11.
7%)로 조사되었다. 그리고 침전시간의 증가와 더불어 조류의 제거율도 증가하는 경향을 나타내었으며, 침전시간이 약 10분 경과 시에 Alum 응집제에 의한 조류의 제거율은 약 94%정도이었고, PAC응집제에 의한 조류의 제거율은 약 88%이었다.
0%로 가장 높은 제거율을 나타내었다. 따라서 조류의 제거에는 PAC보다는 Alum이 다소 유리하다는 것을 알 수 있었다.
응집제를 주입하지 않은 조건과 주입한 조건을 조성하여 급속교반, 완속교반, 침전시간을 거친 후의 조류 제거율은 Alum이 없는 경우의 조류제거율은 약 46%이었으며, Alum을 주입한 조건에서는 약 95%로 나타났다. 또한 PAC를 주입하지 않은 조건에서는 약 50%, 주입한 조건에서는 약 89%의 조류가 제거되는 결과를 얻었다.
6은 조류제거를 위해서 사용한 응집제 Alum과 PAC의 주입 유·무에 따른 조류의 제거율을 나타낸 결과이다. 응집제를 주입하지 않은 조건과 주입한 조건을 조성하여 급속교반, 완속교반, 침전시간을 거친 후의 조류 제거율은 Alum이 없는 경우의 조류제거율은 약 46%이었으며, Alum을 주입한 조건에서는 약 95%로 나타났다. 또한 PAC를 주입하지 않은 조건에서는 약 50%, 주입한 조건에서는 약 89%의 조류가 제거되는 결과를 얻었다.
이상의 결과로부터, 조류의 제거를 위한 최적 응집제 주입량은 Alum의 경우가 40 mg/L이었고, PAC의 경우는 50 mg/L로 조사되었으며, 이때의 제거효율은 약 90% 정도인 것으로 파악되었다.
이상의 결과로부터, 조류의 제거를 위한 침전시간은 Alum과 PAC의 경우에 있어서 약 6분 이후에는 거의 유사한 94%와 88%의 양호한 제거율을 나타내었으며 PAC에 비해서 Alum의 경우가 침전시간의 변화에 따른 제거율이 다소 우수한 것을 파악되었다.
이상의 결과에서 응집 · 침전에 의한 micro-, nano-, picoplankton의 제거율은 약 11∼61% 정도였으며, 특히 picoplankton의 제거율은 약 30% 이하의 결과를 나타내었다.
이상의 결과에서 조류의 제거를 위한 최적 알칼리도 범위는 25∼30 mg/L인 것으로 조사되었으며 이때의 제거효율은 약 90% 정도인 것으로 파악되었다.
이상의 결과에서, 응집제가 주입되지 않은 조건에서는 약 46∼50%(48%), 응집제가 주입되었을 경우에는 약 89∼95%(92%) 정도의 제거율을 나타내어, 응집제를 주입함에 의해서 조류의 제거율이 약 2배정도 증가하는 것을 알 수 있었다.
6%)이었다. 제거율이 가장 높은 응집제의 주입량은 Alum의 경우가 40 mg/L(제거율 = 88.1%)이었고, PAC의 경우는 50 mg/L(제거율 = 89.0%)로 산정되었다.
침전시간 2분 후에 있어서 Alum응집제에 의한 Chl-a의 잔류농도는 1.52 mg/m3(제거율 = 90.7%)이었고, PAC응집제에 의한 Chl-a의 잔류농도는 4.88 mg/m3(제거율 = 72.7%)로 조사되었다. 그리고 침전시간의 증가와 더불어 조류의 제거율도 증가하는 경향을 나타내었으며, 침전시간이 약 10분 경과 시에 Alum 응집제에 의한 조류의 제거율은 약 94%정도이었고, PAC응집제에 의한 조류의 제거율은 약 88%이었다.
후속연구
따라서 응집 · 침전공정의 후속 공정인 사여과공정에서 조류의 제거율에 관한 후속 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.
따라서 응집 · 침전공정의 후속 공정인 사여과공정에서의 조류 제거율에 관한 후속 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
녹조현상의 빈도가 높아지는 이유는?
인구의 증가와 산업의 발달로 인해 용수의 수요량이 급증하고 있으며, 시민들의 생활수준 향상으로 양질의 수질이 요구되고 있으나, 비점오염원(Non-point pollutant sources)에서 유출되는 질소와 인과 같은 영양염류가 과도하게 유입되어 수중의 조류가 대량발생 함으로 물색을 변화시키는 녹조현상(Algal bloom)의 빈도가 높아져 수체의 착색뿐만 아니라 이취미를 유발하여 음용수로서의 가치를 저하시키는 심각한 문제가 유발되고 있는 실정이다.
용수의 수요량이 급증하는 이유는?
인구의 증가와 산업의 발달로 인해 용수의 수요량이 급증하고 있으며, 시민들의 생활수준 향상으로 양질의 수질이 요구되고 있으나, 비점오염원(Non-point pollutant sources)에서 유출되는 질소와 인과 같은 영양염류가 과도하게 유입되어 수중의 조류가 대량발생 함으로 물색을 변화시키는 녹조현상(Algal bloom)의 빈도가 높아져 수체의 착색뿐만 아니라 이취미를 유발하여 음용수로서의 가치를 저하시키는 심각한 문제가 유발되고 있는 실정이다.
수중의 조류 중 식물성플랑크톤의 구분은?
조류는 전 세계적으로 약 4,000종의 많은 종류가 알려져 있고 식물성플랑크톤은 크게 남조류, 녹조류, 규조류, 유색편모조류의 분류군으로 구분할 수 있으며, 크기에 따라서는 picoplankton(< 2 µm), nanoplankton(2∼20 µm), microplankton(20∼200 µm)의 3가지로 구분할 수 있다.1) 특히 남조류나 녹조류 중에서 단일세포 상태일 경우에는 2 µm 이하의 picoplankton의 범주로 분류될 수 있으나, 이들 조류가 군체(colony)를 형성하면 nano-, microplankton의 범주로 분류될 수 있어 크기에 따라 조류의 종을 pico-, nano-, microplankton으로 엄밀히 구분하는 것은 불가능하다고 볼 수 있다.
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