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문제 정의
- 본 연구에서는 실험실과 실규모의 DAF 시스템을 이용 하여 전처리 조건에 따른 처리효율을 비교하였다. 본 실험에서는 혼화/응집-부상으로 두 공정을 조합하였으며, 혼화/응집의 전처리 조건이 탁도 제거율에 미치는 영향을 고찰하였다. 실규모 정수시스템에서 전처리공정을 최적화한후 연속운전시 처리효율을 평가한 결과는 다음과 같이 요약할 수 있다.
제안 방법
- 33일에서 37일까지의 운전기간동안 유출수의 탁도가 3∼10 NTU의 구간으로 변동이 심했던 것은 B-DAF에서 도출된 PSO-M의주입조건을 F-DAF의 운전조건에 반영하는 과정에 PSO-M 이 적정하게 주입되지 않아 유출수의 탁도가 높아지는 경향을 보였다. 37일 이후의 운전은 D 정수장 침전지의 유출수 탁도인 약 1 NTU에 도달하기 위하여 PSO-M 주입량은 조절하지 않고, 반송수 유량이 일정한 조건에서 원수 유량을 줄여 반송율을 16.3%에서 24.3%의 범위로 조절하면서 유출수 탁도를 비교하였다. 이 조건에서 반송율을 24.
- B-DAF 실험에서 도출된 PSO-M 주입량을 기준으로 하여 20∼42 ppm으로 연속 운전을 수행하였다.
- B-DAF는 포화조형 회분식 부상장치로서 1.3 L의 사각형 실린더가 6조로 구성되어 있으며 가압수의 압력과 반송비를 각각 4.5∼5.5 kgf/cm2와 0∼25%까지 조절하여 실험하였다.
- DAF 펌프형 정수시스템의 운전조건은 원수 탁도를 기준으로 7, 8월에 30 NTU, 그 외의 기간은 원수의 탁도가약 8∼15 NTU 정도의 부하량을 기준으로 한 운전범위를 설정하였다.
- F-DAF로 유입되는 D 정수장의 원수는 오존 처리에 의해 수중에 포함된 조류가 파괴되기 때문에 본 실험에서는 공정의 운영 효율에 있어 조류 제거에 대한 부분은 고려하지 않고 탁도 제거율에 대한 결과를 비교하였으며, 실험기간 중 평균 탁도는 약 10 NTU이었다. F-DAF에서 응 집제(PSO-M) 주입량은 B-DAF의 회분식 부상실험에서 도출된 조건을 기준으로 하여 운전하였다.
- DAF 공정에 의한 고액분리 성능은 응집조건(원수 탁도 및 응집제 주입량, 혼화/ 응집 공정의 교반조건, pH, 수온, 및 알카리도)에 따른 플록 특성과 부상조건(반송율, 기포의 충돌효율, 수온 및 기포크기)에 영향을 받는다고 알려져 있으며,11∼13) 본 실험과 같이 전처리(혼화/응집) 조건에 따른 부상 분리 효율은 부상조건이 일정하게 유지된 상태에서 원수탁도와 응집제 주입량에 따라 처리효율이 결정된다. 따라서, 실험실용 BDAF에서 도출된 원수탁도와 응집제 주입량의 관계를 이용하여 실규모의 F-DAF의 연속운전시 원수탁도에 따른 응집제 주입량을 결정하였다.
- 본 연구는 5,000톤/일 규모의 실규모 국산 DAF 펌프형정수시스템(Full scale DAF pump system ; F-DAF)을 이용하여 D 정수장의 원수에서 연속 운전시 전처리(혼화/응집) 조건을 최적화하고 연속운전을 수행하였다. 전처리 조건은 실제 정수장에서 사용되고 있는 응집제(PSO-M)를 사용하여 실험실에서 최적주입량을 결정한 후 실규모 공정에 적용하여 비교하였으며, 각 실험조건에서 플록 및 기포의 크기 분석을 통해 혼화·응집 및 부상공정에 미치는 운전 인자를 도출하고자 하였다.
- 본 연구에서는 실험실과 실규모의 DAF 시스템을 이용 하여 전처리 조건에 따른 처리효율을 비교하였다. 본 실험에서는 혼화/응집-부상으로 두 공정을 조합하였으며, 혼화/응집의 전처리 조건이 탁도 제거율에 미치는 영향을 고찰하였다.
- PSO-M의 주입은 inline mixer의 전단에 유입 배관을 설치하여 혼화시킨 후 응집조로 유입시켰다. 실규모 장치의 조건에서 PSO-M 주입량은 응집조 1단과 2단을 각각 30 rpm(G : 19 sec-1)의 교반속도로 고정한 상태에서 수행하였으며, 원수유량과 반송율은 각각 300 m3/hr와 12.3%로 운전하였다. B-DAF 실험에서 도출된 PSO-M 주입량을 기준으로 하여 20∼42 ppm으로 연속 운전을 수행하였다.
- 원수 및 처리수의 탁도는 탁도계(2100N Turbidimeter, HACH)를 사용하여 측정하였고, 탁도 제거효율로 환산하여 혼화/응집 조건에 따른 처리성능을 비교하였다. 실험실 및 실규모 운전에서 전처리효율의 평가를 위하여 입도분석기(HELOS/BF, SYMPATEC)로서 혼화/응집 과정의 플록 및 기포 입경을 분석하였다.
- 운전유량은 150∼300 m3/hr의범위에서 조절하였으며, 혼화공정은 inline mixer로서 속도경사(G)와 체류시간(t)을 각각 900 sec-1과 0.4∼0.8 sec 로 하여 순간적으로 혼화시켰고, 응집공정은 속도경사와 체류시간을 10.4 sec-1와 1,440∼2,880초로 하여 운전하였다.
- 탁도는 7, 8월의 하절기에는 강우의 영향으로 약 30 NTU로 높아지는 경향을 보이지만, 그 외의 기간은 8∼15 NTU의 탁도를 나타내었다. 원수 및 처리수의 탁도는 탁도계(2100N Turbidimeter, HACH)를 사용하여 측정하였고, 탁도 제거효율로 환산하여 혼화/응집 조건에 따른 처리성능을 비교하였다. 실험실 및 실규모 운전에서 전처리효율의 평가를 위하여 입도분석기(HELOS/BF, SYMPATEC)로서 혼화/응집 과정의 플록 및 기포 입경을 분석하였다.
- 2의 결과에서 도출된 원수 및 처리수 탁도와 PSO-M 주입량의 연관성은 각 원수탁도에서 원수탁도와 PSO-M 주입량에 따라 처리수의 탁도가 감소하는 경향을 보였다. 이 결과를 이용하여 원수탁도에 따른 탁도제거율이 약 80%와 85%인 지점을 기준으로 하여 B-DAF에 결정된 PSO-M 주입량 범위를 F-DAF에 적용하였다. DAF 공정에 의한 고액분리 성능은 응집조건(원수 탁도 및 응집제 주입량, 혼화/ 응집 공정의 교반조건, pH, 수온, 및 알카리도)에 따른 플록 특성과 부상조건(반송율, 기포의 충돌효율, 수온 및 기포크기)에 영향을 받는다고 알려져 있으며,11∼13) 본 실험과 같이 전처리(혼화/응집) 조건에 따른 부상 분리 효율은 부상조건이 일정하게 유지된 상태에서 원수탁도와 응집제 주입량에 따라 처리효율이 결정된다.
- 전처리 조건은 실제 정수장에서 사용되고 있는 응집제(PSO-M)를 사용하여 실험실에서 최적주입량을 결정한 후 실규모 공정에 적용하여 비교하였으며, 각 실험조건에서 플록 및 기포의 크기 분석을 통해 혼화·응집 및 부상공정에 미치는 운전 인자를 도출하고자 하였다.
대상 데이터
- 상수원수는 낙동강 하류에 위치한 D 정수장의 착수정으로 유입되는 원수를 사용하였다. 탁도는 7, 8월의 하절기에는 강우의 영향으로 약 30 NTU로 높아지는 경향을 보이지만, 그 외의 기간은 8∼15 NTU의 탁도를 나타내었다.
이론/모형
- 회분식 및 실규모 시스템의 특성을 Table 1에서 비교하여 나타내었다. 최적 응집제주입량 및 교반조건은 DAFjar tester (ECE engineering)를 이용한 회분식 부상장치(Batch scale DAF system : B-DAF)실험에서 도출된 결과를 F-DAF 의 적용하였다. B-DAF는 포화조형 회분식 부상장치로서 1.
성능/효과
- 33일에서 37일까지의 운전기간동안 유출수의 탁도가 3∼10 NTU의 구간으로 변동이 심했던 것은 B-DAF에서 도출된 PSO-M의주입조건을 F-DAF의 운전조건에 반영하는 과정에 PSO-M 이 적정하게 주입되지 않아 유출수의 탁도가 높아지는 경향을 보였다.
- F-DAF로 유입되는 D 정수장의 원수는 오존 처리에 의해 수중에 포함된 조류가 파괴되기 때문에 본 실험에서는 공정의 운영 효율에 있어 조류 제거에 대한 부분은 고려하지 않고 탁도 제거율에 대한 결과를 비교하였으며, 실험기간 중 평균 탁도는 약 10 NTU이었다. F-DAF에서 응 집제(PSO-M) 주입량은 B-DAF의 회분식 부상실험에서 도출된 조건을 기준으로 하여 운전하였다.
- Fig. 2의 결과에서 도출된 원수 및 처리수 탁도와 PSO-M 주입량의 연관성은 각 원수탁도에서 원수탁도와 PSO-M 주입량에 따라 처리수의 탁도가 감소하는 경향을 보였다. 이 결과를 이용하여 원수탁도에 따른 탁도제거율이 약 80%와 85%인 지점을 기준으로 하여 B-DAF에 결정된 PSO-M 주입량 범위를 F-DAF에 적용하였다.
- PSO-M 주입량이 적어 플록입경이 100 µm 이하로 형성되면 부상효율이 크게 낮아 지는 것으로 나타났다.
- PSO-M을 20 ppm을 주입하였을 때 처리수의 탁도는 11.5∼12.2 NTU를 나타내어 약 15% 정도의 탁도 제거율을 나타내었고, 30 ppm에서는 처리수의 탁도가 5.9∼6.1 NTU로서 약 50% 정도의 탁도 제거율을 보여 정상적인 처리가 어려웠다.
- 그러나 플록입경이 100 µm 이하로 형성되면 반송율에 비례지만, 부상효율이 크게 낮아지는 결과를 나타내었다.
- 따라서 15∼20 NTU의 원수탁도 조건에서 PSO-M 주입량이 42 ppm이 되었을 때 처리수의 탁도 2.5∼2.9 NTU으로서 약 80%의 탁도 제거율을 나타내었다.
- 또한, 52일 이후 3일간 조류가 발생되어 CGS의 유출수 탁도는 3∼5 NTU로 증가하는 경향을 보였지만, F-DAF는 약 1 NTU 이하의 안정된 처리효율을 나타내었다.
- 20 NTU 이하로 나타났다. 반송율과 플록의 평균입경은 부상 분리효율과 비례하여 증가하는 경향을 보였다. 그러나 플록입경이 100 µm 이하로 형성되면 반송율에 비례지만, 부상효율이 크게 낮아지는 결과를 나타내었다.
- 실규모 운전에서 유입 되는 원수탁도에 따라 처리수 탁도가 영향을 받기는 하지만 평균 10 NTU로 유입되는 원수탁도에서 PSO-M의 주입량은 35∼45 ppm이 최적 조건이었다.
- 실험실 규모의 실험은 13.8∼56.3 NTU의 원수탁도에서 PSO-M 주입량은 36.0∼56.0 ppm로 하였을 때 탁도제거율은 약 80.0%이었다.
- 응집시간이 1,200초(20분)가 경과된 이후에 PSO-M 주입량이 10∼30 ppm이었을 때 응집된 플록의 평균입경이 150.0 µm 이상 커지지 않았지만, 40∼50 ppm로 PSO-M 주입량을 증가시키면 플록의 평균입경이 400.0 µm 이상으로 커지는 것으로 나타났다.
- 이 결과에서 응집시간이 300초 정도 경과하였을때 플록의 평균입경은 250.0 µm가 되었으며, 처리수의 탁도는 1.28 NTU로서 90% 이상의 제거율을 나타내었다.
- 이 결과와 같이 플록의 평균입경이 커질수록 부상분리효율은 증가하지만 일정한 크기(약 250 µm) 이상이면 일정하게 유지되었다.
- 이 조건에서 반송율을 24.3%로 조절된 39일 이후의 운전에서 유출수의 탁도가 0.6∼0.8 NTU로 되는 안정적인 운전상태를 20일 이상 유지할 수 있었다.
- 최적화된 혼화/응집(최적 PSO-M 주입량)과 F-DAF 운전 조건(원수유량 : 150 m3/hr 및 반송율 : 24.3%)에서 처리수 탁도는 유출수의 탁도가 0.6∼0.8 NTU로 되는 안정적인 운전상태를 20일 이상 유지할 수 있었다.
후속연구
- 8 NTU로 되는 안정적인 운전상태를 20일 이상 유지할 수 있었다. 본 실험의 결과는 실험실 규모인 B-DAF와 실 규모인 F-DAF 운전에서 원수탁도에 따른 응집제 주입량의 상관관계를 도출하여 하절기 원수탁도가 다양하게 변화되는 조건에서 실 규모 혼화/응집 공정의 효율적 운전 가능성을 제시하고 있다.
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