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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 정수처리 시 조류에 의한 응집 장애를 개선하기 위해 산화 처리인 염소 및 오존 처리에 의한 조류제거 특성을 평가하였으며, 산화제 투입농도별로 조류제거 특성 및 조류독소 용출 특성을 조사하여 전산화 공정에서의 최적 산화제 투입량을 결정하고자 하였다.
가설 설정
- 3. 염소 처리 농도가 높을수록 응집.침전 처리에서 탁도 제거효율이 증가되었으나, 전염 소에 의한 산화 처리하는 경우 수중 유기물 농도가 증가되나, 전염소 처리 농도를 4 mg/L보다 10 mg/L처리하여 염소량을 과다 주입하면 유기물질농도가 다시 감소하였다.
제안 방법
- Microcystin의 경우 시료 수 500 mL를 auto-trace(SPE Workstation, Tekmar, U.S.A.)를 이용하여 sep-pak catridge(Ci8)에 통과시킨 후 수세과정을 거치고 최종적으로 20% MeOH로 용출 시 켜 0.2 pg 멤브레인 여지(Sartorus Minisart RC4, Germany)로 여과하여 HPLC로 분석하였다';.
- UV-254와 DOC는 GF/C 여지(Whatman社, UK)로 여과한 후 그 여액을 사용하여 UV-Vis spec-trophotometer(UV-2401PC, Shimadzu, Japan)와 TOC analyzer(Sievers 820, Sievers, U.S.A.)로 분석하였으며, 탁도는 HACK 2100P(HACH社, U.S.A.)을 이용하여 분석하였다.
- 평가하였다. 또한, 조류농도에 따른 조체에서의 조류돇소 물질용출 및 제거실험의 경우, 오존접촉 시간을 최대 8 분까지로 하여 실험하였다.
- 본 연구에서 오존 처리는 오존 주입량을 0~5 mg/L 범위로 주입하였으며, 오존 접촉시간을 1~5 분으로 하여 오존 처리에 따른 변화를 평가하였다. 또한, 조류농도에 따른 조체에서의 조류돇소 물질용출 및 제거실험의 경우, 오존접촉 시간을 최대 8 분까지로 하여 실험하였다.
- 생시료는 낙동강 하류 호포지역에서 채집하여 냉장 보관하면서 24시간 이내에 실험을 완료하였으며, 실험시 매리 원수에 호포지역에서 채집한 Microcystis sp. 생시료를 일정량 투입하여 실험하였다. 매리지역에서 취수한 원수는 계절별 평균치 범위내에서 변동의 폭이 가장 적은 시점을 택하여 실험에 사용하였으며, Table 1에 실험에 사용한 원수의 성상을 나타내었다.
- 시료 수는 오존 처리, 염소 처리, 쟈-테스트 실험, 상등액 및 GF/C 여지 여과액을 각각 채수하여 분석하였다. UV-254와 DOC는 GF/C 여지(Whatman社, UK)로 여과한 후 그 여액을 사용하여 UV-Vis spec-trophotometer(UV-2401PC, Shimadzu, Japan)와 TOC analyzer(Sievers 820, Sievers, U.
- 오존 접촉 조는 직경 10 cm, 높이 150 cm이며, 기. 액접촉반응의 효율을 높이 기위해 하부에 원형 difibser를 설치하여 주입되는 오존을 효과적으로 산기시켰다. 연결 tube는 부식 및 오존과의 반응을 고려하여 실리콘 tube를 사용하여 가능한 짧게 연결하였다.
- 조류독소는 Microcystis sp.에서 생성되는 microcystin-RR 및 -LR을 측정하였다.
- 침전. 여과 공정에 미치는 영향을 파악하기 위해 1 ~3 mg/L의 농도로 오존 산화 후 쟈-테스트를 이용하여 응집 . 침전, GF/C 필터를 사용하여 여과하였을 경우와 오존을 처리하지 않고 응집 .
- 10 에 나타나내었다. 염소를 처리하지 않고 응집제 (PSO-M)를 40 mg/L 주입한 후 폴리아민을 1.0 mg/L 까지 0.2 mg/L씩 증량. 첨가에 따른 잔류탁도를 나타낸 것으로 폴리아민의 주입율에 따른 탁도 개선 효과는 거의 없었다.
- 원수와 원수에 오존, 염소 및 오존과 염소를 혼합산화처리 후 응집. 침전 처리 수의 탁도와 DOC 변화를 Fig.
- 조류 제거를 위하여 오존과 염소를 이용한 산화 처리, 응집 침전처리, 응집보조제로써 황토 및 폴리아민을 이용하여 남조류 제거효율을 비교 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 5~7에 나타내었다. 침전 후 상징 수의 경우 염소 주입량이 증가할수록 탁도 제거율이 높은 것으로 나타났으나, Fig. 6에서 GF/C 필터에 여과 후 여과된 탁도를 비교. 평가해 보면 전염소와 응집 처리하지 않은 원수를 GF/C에 여과하면 여과수 탁도가 1.
- 여과 공정에 미치는 영향을 파악하기 위해 1 ~3 mg/L의 농도로 오존 산화 후 쟈-테스트를 이용하여 응집 . 침전, GF/C 필터를 사용하여 여과하였을 경우와 오존을 처리하지 않고 응집 . 침전 및 여과시켰을 때의 클로로필-a의 농도 변화를 Fig.
- 응집. 침전실험은 응집제 PSO-M(서정화학, 알루미늄 농도 7%)을 사용하여 쟈-테스트기(PB-700, phipps & bird社, U.S.A.)에서 2 L 쟈를 이용하여 급속혼화 조건은 120 rpm(G=200 sec'1, 20℃)으로 1분, 완속혼화는 60 rpm(G=60 sec*, 20℃), 15분으로 하였으며, 완속혼화 후 침 전 시간은 30분으로 하여 침전 후 상등액을 수표면 밑 10 cm 지점에서 채취하였다. 또한, 응집보조제로 사용한 황토와 polyaminee (주)삼정 및 (주)아 해에서 직접 구입하여 실험에 사용하였다.
대상 데이터
- )에서 2 L 쟈를 이용하여 급속혼화 조건은 120 rpm(G=200 sec'1, 20℃)으로 1분, 완속혼화는 60 rpm(G=60 sec*, 20℃), 15분으로 하였으며, 완속혼화 후 침 전 시간은 30분으로 하여 침전 후 상등액을 수표면 밑 10 cm 지점에서 채취하였다. 또한, 응집보조제로 사용한 황토와 polyaminee (주)삼정 및 (주)아 해에서 직접 구입하여 실험에 사용하였다.
- 생시료를 일정량 투입하여 실험하였다. 매리지역에서 취수한 원수는 계절별 평균치 범위내에서 변동의 폭이 가장 적은 시점을 택하여 실험에 사용하였으며, Table 1에 실험에 사용한 원수의 성상을 나타내었다.
- 오존 접촉 조는 용량 10 L 용량으로 시료 수를 오존 접촉 조에 채운 후 오존을 연속적으로 접촉시키는 semi-batch 식이다. 오존 반응조의 재질은 아크릴로 제작하였다. 오존 접촉 조는 직경 10 cm, 높이 150 cm이며, 기.
성능/효과
- Fig. 2 (a) 에 나타난 바와 같이 저농도 클로로필-a 포함한 원수의 오존 산화 시 주입되는 오존농도가 높을수록 잔류하는 클로로필-a의 농도가 줄어드는 것을 볼 수 있으며, 또한 접촉 시간이 증가할수록 잔류 클로로필-a 제거율이 높아졌다. Fig.
- 클로로필-a 농도가 Fig. 4 (a) 의 실험에 사용된 원수의 클로로필-a 농도보다 80 yg/L 정도 높아 동일한 염소 처리와 응집제 주입을 하여도 상징 수의 잔류탁도는 클로로필-a가 128 ug/L인 원수에 비해 상대적으로 높게 나타나 원수 중의 조류 증가로 클로로필-a 농도가 증가하면 응집효율 상승을 위하여 클로로필-a 상승에 비례한 전산화 처리공정이 필요한 것으로 판단된다.
- 1. 오존주입농도(C)가 높고 접촉 시간(T)이 길어질수록 클로로필-a의 제거효율이 증가되었으며, 또한 클로로필-a의 제거율과 오존주입농도(C)와 접촉 시간(T)과의 관계에서 클로로필-a의 제거율은 CxT에 비례하였다.
- 4. 응집보조제로 황토를 사용하면 응집플록의 비중을 높여 침전효율을 상승시켰으나, 폴리아민을 이용하면 응집제 플록의 크기는 증대 시키나 플록의 비중이 낮아 침전효율을 증가시키지는 않았다.
- DOC의 경우도 앞선 결과와 마찬가지로 오존 및 염소처 리를 하면 DOC의 농도가 증가하였으며 응집처리 후의 잔류 DOC 농도변화도 산화처리를 하지 않는 쪽이 산화 처리를 한 경우에 비하여 잔류 DOC 농도가 낮았다.
- 2 pm 전·후 크기의 공극 사이를 통과할 수 없어 염소 처리를 하지 않으면 수중의 DOC 물질만 GF/C 필터를 통과하고 조류 세포 내의 유기물질은 조류와 함께 GF/C 필터에 여과되어 제거되지만 염소 처리를 행하면 조류 세포 내에서 수중으로 용출된 유기물질이 GF/C 필터를 통과할 수 있는 크기까지 작아져 GF/C 필터 여과수의 유기물질의 농도가 증가한 것으로 보인다. 또한 염소 처리 후, 응집 실험을 하여 상징수 중의 DOC 농도 변화를 보면 염소를 처리하지 않고 응집처리만 한 경우의 수중 DOC 농도가 전염소 처리를 한 경우보다 낮은 DOC 농도를 유지하였다. 따라서 조류 발생 시 염소 처리를 하여 조류세포 내의 유기물질을 용출시키는 것보다 염소 처리를 하지 않고 응집.
- 염소 농도가 증가될수록 수중에 잔류하는 조류독소의 농도도 감소하는 경향을 보이고 있으며, 4 mg/L 이상의 염소 처리에 의해서는 대부분 제거되는 것으로 나타났다. 또한, Chl-a 농도가 400 ug/L일 경우에는 240 pg/L일 때와 유사한 증가 및 감소경향을 보이고 있으나, 유출되는 독소농도는 조류농도가 240 μg凡일 경우보다 4배 정도 높은 것으로 나타나 8 mg/七의 염소 처리에 의해서도 완전한 제거가 어려운 것으로 나타났다.
- 오존 투입농도가 1 mg凡의 경우 오존접촉 초기에는 조체내의 독소 물질이 수중으로 유출되어 수중의 독소농도가 높아지며, 접촉시간이 길어질수록 감소되는 포물선 형태를 나타내고 있으며, 8분 동안의 오존접촉에 의해서 완전 산화는 어려운 것으로 나타났다. 또한, 오존 투입농도가 3 mg/七의 경우에도 오존접촉 시간에 따라 수중에 잔류하는 독소농도가 포물선 형태를 나타내고 있으며, 오존접촉 8분에 완전히 산화되어 제거되는 것으로 나타났다.
- Microcystis sp.를 원수에 Chl-a 농도로 240 및 400 ug/L가 되도록 투입한 후 염소 처리 농도에 따른 microcystin 용출 농도 및 잔류농도 변화를 조사한 결과, Chl-a 농도가 240 ug/L일 경우에는 4 mg/L 이상의 염소 처리에 의해서는 대부분 제거되었으나 Chl-a 농도가 400 ug/L일 경우에는 8 mg/L의 염소 처리에 의해서도 완전한 제거가 어려웠다.
- Microcystis sp.를 원수에 Chl-a 농도로 330 pg/L 가 되도록 투입한 후 오존처리 농도 1, 3 mg/L에서의 접촉 시간에 따른 microcystin 용출 농도 및 잔류농도 변화를 조사한 결과 오존 투입 농도가 1 mg/L의 경우, 8분 동안의 오존 접촉에 의해서 완전산화는 어려운 것으로 나타났으며, 오존 투입 농도가 3 mg/L 의 경우에오존 접촉 8분에 완전히 산화되어 제거되었다.
- 침전. 여과처리를 하면 여과수 중의 클로로필-a는 완전히 제거 가능하였으며, 또한 전 오존 주입농도를 3 mg/L로 증가시킬수록 침전수에 잔류하는 클로로필-a의 농도도 비례해서 감소하였다. Reckhow 등⑹과 Becker 등")의 유기물 제거을 위한 전 오존-응집-여과에 대한 연구에서도 오존 공정이 응집-여과공정의 보조 역할을 하는 것으로 보고하였다.
- Chl-a 농도가 240 ng/L일 경우에는 1 mg/L의 염소처리에 의해 수중의 조류독소가 최고 농도를 나타내었다. 염소 농도가 증가될수록 수중에 잔류하는 조류독소의 농도도 감소하는 경향을 보이고 있으며, 4 mg/L 이상의 염소 처리에 의해서는 대부분 제거되는 것으로 나타났다. 또한, Chl-a 농도가 400 ug/L일 경우에는 240 pg/L일 때와 유사한 증가 및 감소경향을 보이고 있으나, 유출되는 독소농도는 조류농도가 240 μg凡일 경우보다 4배 정도 높은 것으로 나타나 8 mg/七의 염소 처리에 의해서도 완전한 제거가 어려운 것으로 나타났다.
- 원수 중에 조류가 있을 때 염소 주입율이 증가할수록 동일 응집제 주입율에서 탁도 제거효율이 높아졌다. 염소 처리를 3 mg/L의 농도로 주입시 응집제를 70 mg/L까지 주입하면 최저 잔류탁도가 3.8 NTU까지 저감시킬 수 있으나, 전염소 처리를 10 mg/L 주입 시 응집제를 40 mg/I 七만 주입하여도 잔류탁도를 3.4 NTU까지 낮출 수 있었으며, 응집제를 60 mg/L까지 증가시키면 잔류 탁도를 0.94 NTU까지 낮출 수 있었다.
- 침전시키면 탁도 제거효율이 상승되었으며 이는 이전의 실험 결과와 같은 결과를 보였다. 오존 전처리의 경우도 1 mg/L보다 2 mg/L 처리한 것이 탁도 제거율이 높았으며 염소 처리도 염소 처리 농도를 증가시킬수록 탁도 제거율이 상승하였으며, 전산화 공정으로 염소와 오존을 함께 사용하면 탁도 제거율은 더욱 상승되었다.
- 4 (a) 에 나타내었다. 원수 중에 조류가 있을 때 염소 주입율이 증가할수록 동일 응집제 주입율에서 탁도 제거효율이 높아졌다. 염소 처리를 3 mg/L의 농도로 주입시 응집제를 70 mg/L까지 주입하면 최저 잔류탁도가 3.
- 의 결과 원수 중에 남조류가 많이 존재하는 경우에는 원활한 정수처리를 수행하기 위해서 오존 및 염소 처리 등 전산화 공정을 통한 전처리 공정이 필요한 것으로 판단되어지며, 전산화 공정이 남조류 등 조류 발생 원수에 적용할 때 처리효율이 개선되는 이유로는 염소 및 오존과 같은 산화제가 남조류 세포의 파괴를 유도하고 세포 파괴에 의해 남조류 자체의 부력이 감소하여 응집. 침전효율이 양호해진 것으로 판단된다.
- 이상의 결과 조류가 원수 증에 있을 때 탁도 제거를 위해서는 오존이나 염소 등에 의한 전처리를 행하는 것이 유리하나 수중의 유기물질 제거의 관점에서는 오존이나 염소 등에 의한 전산화 처리를 하지 않는 것이 수중의 용 존 유기물질 제거에 유리할 것으로 판단된다.
- 7에 나타내었다. 전염소 처리를 하지 않고 GF/C 필터에 여과한 여과수의 DOC 농도는 4.3 mg/L였으나, 전염소 처리를 4, 10 mg/L 처리 후 GF/C 필터에 여과한 여과수의 DOC농도는 6.4, 6.79 m&L로 전염소 처리에 의해 2.1 ~2.4 mg/L 정도 DOC의 농도가 증가한 것으로 나타났다. 이는 조류 세포 내의 Intercellular Oganic MatterflOM)0] 염소 산화에 의해 수중으로 용출되어 수중의 용존 유기물질의 농도가 증가한 것으로 판단된다.
- 이는 조류 세포 내의 Intercellular Oganic MatterflOM)0] 염소 산화에 의해 수중으로 용출되어 수중의 용존 유기물질의 농도가 증가한 것으로 판단된다. 즉 조류 세포 자체의 크기는 15-30 um로 GF/C 필터의 여과 공극인 1.2 pm 전·후 크기의 공극 사이를 통과할 수 없어 염소 처리를 하지 않으면 수중의 DOC 물질만 GF/C 필터를 통과하고 조류 세포 내의 유기물질은 조류와 함께 GF/C 필터에 여과되어 제거되지만 염소 처리를 행하면 조류 세포 내에서 수중으로 용출된 유기물질이 GF/C 필터를 통과할 수 있는 크기까지 작아져 GF/C 필터 여과수의 유기물질의 농도가 증가한 것으로 보인다. 또한 염소 처리 후, 응집 실험을 하여 상징수 중의 DOC 농도 변화를 보면 염소를 처리하지 않고 응집처리만 한 경우의 수중 DOC 농도가 전염소 처리를 한 경우보다 낮은 DOC 농도를 유지하였다.
- 6에서 GF/C 필터에 여과 후 여과된 탁도를 비교. 평가해 보면 전염소와 응집 처리하지 않은 원수를 GF/C에 여과하면 여과수 탁도가 1.44 NTU였으나 전염 소를 4, 10 mg/L로 처리하여 GF/C 필터에 여과한 여과수 탁도는 각각 4.46, 2.97 NTU로 원수를 GF/C 필터로 직접 여과하였을 때 보다 높게 나타났다. 이와 같이 전염소 처리에 의해 탁도가 증가하는 이유는 염소 처리에 의하여 조류의 세포가 파괴됨에 따라서 세포내에 있던 미세물질이 수중으로 용출되엇기 때문으로 판단되어지며, 또한 염소를 4 mg/L 처리한 여과수 탁도가 염소를 10 mg/L로 처리한 여과수 탁도 보다 높게 나온 이유는 염소를 4 mg/L로 주입하면 염소 주입에 비하여 원수 중의 유기물질 산화에 필요한 염소량이 부족하여 탁도가 높아졌고, 염소를 10 mg/L 과량 주입하면 수중으로 용출된 물질들조차도 염소에 의해 산화분해 되어 탁도가 다시 감소하는 현상 때문인 것으로 보여진다.
- 이때 비중이 무거운 황토가 주입되면 플록의 비중을 증가 시켜 침강성을 향상시켜 잔류탁도가 낮아지는 것으로 판단된다. 하지만 DOC와 같은 용 존 유기물질의 농도변화는 없는 것으로 나타나 수중의 용존성 유기물질에 대한 제거 능은 없는 것으로 나타났다.
- 9와 10에 나타내었다. 황토를 첨가하지 않고 응집제 만에 의한 잔류 탁도는 8.5 NTU였으나 황토를 5 mg/L 주입하면 4.3 NTU로 낮아지고 황토를 10 mg/L 주입하면 잔류 탁도가 3.1 NTU까지 감소시킬 수 있어 남조류 발생 시 황토를 응집보조제로 사용하면 처리효율을 증가시킬 수 있었다. 응집처리 시 남조류는 응집제와 결합하여 양호한 응집플록을 형성하나 남조류 세포 내에 기포를 가지고 있어 부력이 크게 작용하여 침전이 불량한 특성이 있다.
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