선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- Alum 응집제와 고분자응집제인 PACl의 응집특성 및 효율을 파악하기 위하여 쟈테스트를 실시하였다. 응집/혼화 및 침전이 적용된 상징수와 침전이 생략된 플록함유수의 잔류 탁도 농도 및 pH 분석결과를 Fig.
- 상징수의 탁도 수질을 검토해 보았을 때 안정적인 응집/혼화 반응 적용범위 는 Alum 응집제의 경우 1mg [Al3+/L 에서 최적조건을 보 였으며, PACl의 경우 주입량의 모든 범위에서 안정적인 수질을 나타내었다. PACl을 응집제로 활용할 경우 Alum에 비하여 상대적으로 높은 효율과 운영상의 융통성이 높아 질 것으로 사료되는 바이다.
- 결과적으로, 침전이 생략된 응집/혼화 공정은 막여과 전처리 공정으로서 긍정적인 역할을 할 것으로 판단된다. 다만 과량의 Alum이 주입된 비최적 조건에서의 경우 막 투과 수량이 급격히 저감할 수 있기 때문에 전처리 공정의 최적화가 막여과 시설의 안정성을 확보할 수 있는 주요한 인자임을 밝히는 바이다.
- 막분리 공정의 전처리로서 사용 되어지는 응집제의 응집 특성에 따라 정밀여과막 플럭스 저감에 미치는 영향을 파악하여 보았다. Alum 응집제와 고분자응집제인 PACl을 비교분석 하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 이에 본 연구에서는 Alum 과 PACl을 이용하여 다양한 응집제 농도 조건에서 응집효율 및 응집플록 특성이 막여과공정에 미치는 영향을 투과 플럭스 저감 및 케익 저항으로 비교하고자 한다.
제안 방법
- 보았다. Alum 응집제와 고분자응집제인 PACl을 비교분석 하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 주어진 수치는 실험 결과의 재현성 확보를 위하여 각 시료에 대해 임의의 플록을 채취한 후 10회 이상 측정한 침강속도를 평균하여 구하였다. ICP 를 이용하여 상징수와 플록함유수 내 잔류하는 알루미늄 이온을 분석하였다. 사용된 샘플의 농도는 2mg [Al3+]/L 그리고 5mg [Al3+]/L 이다.
- 구축되었다. 본 실험에서는 질소가스를 추진체로 하여 저류조 압력을 1psi로 유지하였다. 자세한 bench-scale의 MF 막여과 공정도는 Fig.
- 측정하였다. 본 연구에서는 PACl 상징수의 수질을 고려하여 최적주입농도를 2mg [Al3+]/L 로 결정하였다. 이 때 상징수에 존재하는 잔류 알루미늄 농도는 0.
- 급속혼화는 200rpm에서 30초 완속혼화는 30rpm에서 30분 동안 이뤄졌으며, 침전은 30분간 이었다. 상징수와 플록 함유수를 채수하여 수질분석과 막 여과실험을 하였다. 생성된 플록의 시료채취는 응집/혼화 과정을 마친 후 부유하는 플록을 채취하여 측정하였다.
- 상징수와 플록 함유수를 채수하여 수질분석과 막 여과실험을 하였다. 생성된 플록의 시료채취는 응집/혼화 과정을 마친 후 부유하는 플록을 채취하여 측정하였다. 수질인 자로 pH(Orion 410A+, Thermo, USA), 탁도(2100N Turbidimeter, Hach, USA), DOC(5310C, Sievers, USA), UV254(UV-1601, Shimadzu, Japan)와 SUVA (L/mg .
- 생성된 플록의 시료채취는 응집/혼화 과정을 마친 후 부유하는 플록을 채취하여 측정하였다. 수질인 자로 pH(Orion 410A+, Thermo, USA), 탁도(2100N Turbidimeter, Hach, USA), DOC(5310C, Sievers, USA), UV254(UV-1601, Shimadzu, Japan)와 SUVA (L/mg . m) 등을 분석하였다.
- 응집제가 막오염에 나타내는 영향을 최적 조건과 비 최적 조건에서 비교 . 분석하였다.
- 응집제의 응집효율 파악을 위해 쟈테스트를 실시하였다. 표준 Jar-Test 운전조건에 따라 6개의 2L 반응조에 Al3+ 농도로 각 0, 1, 2, 3, 4, 5mg/L 를 주입하여 수질 결과를 비교 분석하였다.
- 응집조건의 특성에 따라 처리수가 막공정에 가하는 영향이 상이하므로 다양한 농도별로 상징수와 플록함유수의 막 투과 수량 변화를 관찰하였다. Alum응집제 결과는 Fig.
- , (2007)의 연구내용에서도 운전조건의 변화에 따라 생성되는 케익은 두께, 공극률, 저항 값의 차이를 보였다. 이러한플록의 상의한 특성으로 생성된 케익층이 막여과에 미치는 영향을 각 저항계수 변화를 이용하여 평가하였다(Fig. 11). Alum 응집제의 경우 최적조건 범위인 1-2mg [Al3+]/L 주입농도에서 원수보다 낮은 저항계수를 보이나 주입농도가 증가하면서 총저항과 케익저항은 비례하여 증가하는 추세를 나타내고 있다.
- 침강속도는 1L 메스실린더에서 30분간 플록의이동을 카메라 촬영하여 구하였다. 주어진 수치는 실험 결과의 재현성 확보를 위하여 각 시료에 대해 임의의 플록을 채취한 후 10회 이상 측정한 침강속도를 평균하여 구하였다. ICP 를 이용하여 상징수와 플록함유수 내 잔류하는 알루미늄 이온을 분석하였다.
- 주입된 알루미늄이 응집에 효과적으로 사용되었는지 파악하기 위해 잔류알루미늄 농도를 최적응집조건과 과량응집조건에서 측정하였다. 본 연구에서는 PACl 상징수의 수질을 고려하여 최적주입농도를 2mg [Al3+]/L 로 결정하였다.
- 사용된 샘플의 농도는 2mg [Al3+]/L 그리고 5mg [Al3+]/L 이다. 채수한 상징수와 플록함유수는 0.45㎕ 막을 이용하여 여과한 후 알루미늄 이온 농도를 비교하였다. 분석기기는 ICP-PES (730-OES, Varian, USA)이고, 분석조건은 다음 Table 3에 나타내었다.
- 실시하였다. 표준 Jar-Test 운전조건에 따라 6개의 2L 반응조에 Al3+ 농도로 각 0, 1, 2, 3, 4, 5mg/L 를 주입하여 수질 결과를 비교 분석하였다. 급속혼화는 200rpm에서 30초 완속혼화는 30rpm에서 30분 동안 이뤄졌으며, 침전은 30분간 이었다.
- 플록 이미지는 Digital microscope(MIC-D, Olympus, Japan)을 이용하여 촬영하였고, 촬영된 영상은 이미지 처리 프로그램(Image Pro-Plus v4.5, Media Cybernetics, USA)을 사용하여 분석 되었다. 각 조건에서 약 20여개 플록을 채취하여 최대직경을 구하여 평균값을 산출하였다.
- 형성된 플록을 이미지 분석하여 플록 사이즈를 측정 하였다(Fig.6). Alum 응집제로 형성된 플록은 초기 최적 주입농도 범위 1-2mg [Al3+]/L 에서 PACl과 비슷한 약 300㎛ 크기를 형성하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 응집제는 Alum(Al2(SCu)3 I8H2O)과 PACl (Polyaluminum Chloride)이다. Al(III) 화학종의 종분획은 Ferron method를 이용하여 분석 하였다(최 등, 2004).
- 사용된 막은 Millipore사에서 제작된 PVDF 계열 친 수성 여과막인 GVWP09050 이였다. 사용된 정밀 여과막의 특성은 제조사에서 제공받아 Table 4에 정리하였다.
- 실험에 사용된 원수는 서울시 G정수장의 취수장에서 채수하였으며 염소처리로 인하여 생성되는 소독부산물 및 유기물 변화 영향을 최소화하기 위하여 전 염소처리를 하지 않은 한강원수를 사용하였다. 채수한 원수의 수질특성은 Table 1과 같다.
- 실험에 사용된 정밀여과 시스템은 Millipore사(Series 8000, USA)에서 제조되었으며, 5L 의 시료를 전량여과 하도록 구축되었다. 본 실험에서는 질소가스를 추진체로 하여 저류조 압력을 1psi로 유지하였다.
데이터처리
- 5, Media Cybernetics, USA)을 사용하여 분석 되었다. 각 조건에서 약 20여개 플록을 채취하여 최대직경을 구하여 평균값을 산출하였다. 침강속도는 1L 메스실린더에서 30분간 플록의이동을 카메라 촬영하여 구하였다.
- 유속저항으로 표현된다. 막오염에 미치는 영향을 파악하기 위해 케익 비저항 계수를 구하였다. 케익비저항 ac는케익비저항으로서 케익을 생성한 오염물의 단위질량이 만드는 수류저항을 의미한다.
이론/모형
- (Polyaluminum Chloride)이다. Al(III) 화학종의 종분획은 Ferron method를 이용하여 분석 하였다(최 등, 2004). 페론법은 알루미늄 종 분획법 중 신뢰도가 높아 대표적인 방법으로 알려져 있다.
- 생성된 플록은 이미지 분석법을 이용하여 플록크기를 분석하였다. 플록 이미지는 Digital microscope(MIC-D, Olympus, Japan)을 이용하여 촬영하였고, 촬영된 영상은 이미지 처리 프로그램(Image Pro-Plus v4.
성능/효과
- (1) 동일한 Al농도에서 PACl응집제가 Alum 응집제보다 더 높은 탁도 제거효율을 가지며, 동일한 제거율을 나타내는 주입량은 적다. 높은 효율과 넓은 pH 적용범위를 보이는 PACl 이 경제적이며 운영상의 편리성을 띄고 있음을 알 수 있었다.
- (2) PACl 응집제는 Alum 응집제 보다 큰 플록을 형성하여 침전 시 제거효율이 높고 침강속도가 뛰어나 막여과 공정 의전처리인 응집/혼화공정에서 더 효율성이 높다고 판단된다.
- (3) 최적 조건에 해당하는 주입농도에서 PACl은 Alum에 비해 높은 투과수량을 나타내었다. Alum의 최적 pH 범위가 좁아서 소량의 주입량 증가에도 비최적 조건이 되나 PACl 은 비교적 적정운전이 유지된다.
- (4) 케익의 저항은 Alum, PACl 모두 투과플럭스 변화와 상관관계를 가져 응집제로 인하여 생성된 응집플록 특성이 막 오염에 영향을 주었음을 알 수 있다. PACl 의 저항값은 대부분 막자체 저항으로 응집플록에 의한 저항은 비최적 조건에서도 미미하였으나 Alum의 경우 상대적으로 크게 증가하였다.
- 플록의 크기 변화에서도 고분자응집제인 PACl은 주입농도가 증가함에 따라 플록크기가 증가하였으며, Alum에 비해 더 큰 플록이 형성되었다. Alum 및 PACl 응집제로 형성된 플록의 물리적 특성을 분석한 결과를 정리해 보면, PACl로 형성된 플록이 Alum 응집제로 형성된 플록 보다 크고, 밀도 높은 특성을 가진다는 것을 알 수 있다. PACl 응집제를 활용 할 경우 침전효율의 증가가 기대되는 결과이다.
- 8에 나타내었다. Alum으로 처리된 응집 상징수는 1-4mg [Al3+]/L 주입농도에서 원수보다 높은 투과수량으로 막오염 현상을 거의 보이지 않고 있으나 5mg [Al3+]/L 에서 초기 투과수량 저감으로 오히려 응집제를 주입하지 않은 원수보다 막오염이 빠르게 일어났다(Fig. 7(a)).
- 정 등(2007)은 폴리머성 Al(lll)종이 착화합물을 형성하여 용존성 유기물질을 입자상 물질로 전화시켜 보다 큰 floc을 형성하기 때문에 막표면에 형성된 케익층의 투과능이 Alum에 의해 형성된 플록 보다 향상될 수 있다고 보고하였다. 결과적으로, 침전이 생략된 응집/혼화 공정은 막여과 전처리 공정으로서 긍정적인 역할을 할 것으로 판단된다. 다만 과량의 Alum이 주입된 비최적 조건에서의 경우 막 투과 수량이 급격히 저감할 수 있기 때문에 전처리 공정의 최적화가 막여과 시설의 안정성을 확보할 수 있는 주요한 인자임을 밝히는 바이다.
- 5mg [Al3+]/L 주입농도에서는 Alum 과 PACl 응집제는 큰 차이를 나타내었다. 고분자 응집제인 PACl은 과량의 주입농도에서도 안정적인 반응으로 낮은 잔류 알루미늄 농도를 보이고 있지만, Alum 응집제의 경우 0.178mg/L로 급격히 높아지는 결과를 보였다. 또한, Alum 과 PACl 주입에 의해 형성된 플록함유수의 알루미늄 농도는 대체적으로 증가하는 경향을 보였다.
- 적다. 높은 효율과 넓은 pH 적용범위를 보이는 PACl 이 경제적이며 운영상의 편리성을 띄고 있음을 알 수 있었다.
- 178mg/L로 급격히 높아지는 결과를 보였다. 또한, Alum 과 PACl 주입에 의해 형성된 플록함유수의 알루미늄 농도는 대체적으로 증가하는 경향을 보였다. 더욱이, Alum의 경우 5mg [Al3+]/L 농도에서 플록을 함유하고 있는 샘플에서의 잔류하는 알루미늄 농도는 0.
- PACl 응집제를 활용 할 경우 침전효율의 증가가 기대되는 결과이다. 또한, 크기가 작고 밀도가 낮은 Alum 플록이 막표면에 축적되었을 때에는 막 표면에 가해지는 압력 즉, 막간차압으로 인해 형성된 플록케익층의 저항이 더욱 높게 발휘 될 것으로 판단된다.
- , 2008). 본 결과에서도 Alum 응집제의 경우 응집제주입량의 증가와 함께 케익의 저항이 커지는 동일한 결과를 보이고 있지만 PACl 응집제는 약 1.0x1010 m-1 의 현저히 낮은 저항을 유지하는 것으로 분석되었다. 이는 막오염에 긍정적인 PACl 플록의 물리적 특성과 최적주입량 조건에 서막 오염이 상대적으로 크게 완화된 것으로 판단된다.
- 상대적으로 큰 플록은 침전공정에서 보다 쉽게 제거될 수 있으며 큰 플록 생성으로 인하여 탁도 제거율 또한 높게 나타났을 것이다. 상징수의 탁도 수질을 검토해 보았을 때 안정적인 응집/혼화 반응 적용범위 는 Alum 응집제의 경우 1mg [Al3+/L 에서 최적조건을 보 였으며, PACl의 경우 주입량의 모든 범위에서 안정적인 수질을 나타내었다. PACl을 응집제로 활용할 경우 Alum에 비하여 상대적으로 높은 효율과 운영상의 융통성이 높아 질 것으로 사료되는 바이다.
- 반면, PACl은 1mg [Al3+]/L 주입이후 주입량의 증가에도 큰 변화를 보이지 않으며 낮은 잔류 탁도를 유지하였다. 수소이온농도 분석결과에 따르면, PACl 응집제 활용 시 응집제주입량이 증가함에 따라 수소이온농도의 저하율이 Alum 에 비하여 상대적으로 낮은 것으로 확인되었다. 이는 70% 의 높은 염기도 함량을 가지는 고분자 응집제가 Alum 응집제 보다 수소이온농도 및 알칼리도 저하가 적다는 이론적 배경과 일치한다(이 등, 2005).
- , 1999). 응집공정에서 형성된 플록의 크기가 수 백 번이고, 본 연구에 활용된 정밀여과막의 공극이 0.22 ㎛임을 감안했을 때, cake filtration 기작에 의해 발생하는 케익저항이 주요한 막오염 현상이 될 것으로 판단된다.
- , (2002) 에 의하면 최대 탁도 제거율이 나타나는 pH가 7-9이라고 보고하고 있으며 이는 본 실험결과보다 높은 pH이다. 응집효율이 크게 떨어지는 비 최적 조건에서는 후속 공정에 미치는 영향 또한 크게 증가함을 알 수 있었다. Fig.
- 0x1010 m-1 의 현저히 낮은 저항을 유지하는 것으로 분석되었다. 이는 막오염에 긍정적인 PACl 플록의 물리적 특성과 최적주입량 조건에 서막 오염이 상대적으로 크게 완화된 것으로 판단된다.
- , 1982). 이를 본 연구결과에 적용하면 Alum은 주입량의 증가와 함께 수반되는 수소이온 농도저감으로 인하여 적정응집 pH 범위인 pH 6.5-7.5를 벗어나서 sweep floc구역을 지나 전하중화 기작이 주요한 응집조건으로 변화되지만, PACl은 최대 주입농도 5mg [Al3+]/L 에서도 pH 6.6으로 sweep coagulation 반응이 어느 정도는 유지됨에 따라 Alum 보다 큰 sweep 플록이생성된 것으로 판단된다. 상대적으로 큰 플록은 침전공정에서 보다 쉽게 제거될 수 있으며 큰 플록 생성으로 인하여 탁도 제거율 또한 높게 나타났을 것이다.
- 10). 최적 범위임에도 불구하고, Alum 응집제의 플록 함유수는 PACl 플록 함유수에 비해 막 투과 수량이 급격하게 저감됨을 알 수 있다. 플록의 물리적 특성이 막 오염에 가하는 영향을 명확하게 나타내는 결과이다.
- 결과와 유사한 경향을 보였다. 플록의 크기 변화에서도 고분자응집제인 PACl은 주입농도가 증가함에 따라 플록크기가 증가하였으며, Alum에 비해 더 큰 플록이 형성되었다. Alum 및 PACl 응집제로 형성된 플록의 물리적 특성을 분석한 결과를 정리해 보면, PACl로 형성된 플록이 Alum 응집제로 형성된 플록 보다 크고, 밀도 높은 특성을 가진다는 것을 알 수 있다.
- PACl 응집제를 주입한 상징수와 플록함유수 모든 농도에서 플럭스 저감현상은 아주 완만하게 나타나고 있다. 플록함유수에 의한 막투과수량 저감을 비교해 보면, 대체적으로 PACl을 활용했던 원수가 Alum 원수에 비해 높은 투과수량을 나타내고 있음을 확인할 수 있다. 정 등(2007)은 폴리머성 Al(lll)종이 착화합물을 형성하여 용존성 유기물질을 입자상 물질로 전화시켜 보다 큰 floc을 형성하기 때문에 막표면에 형성된 케익층의 투과능이 Alum에 의해 형성된 플록 보다 향상될 수 있다고 보고하였다.
후속연구
- PACl을 활용하는 것이 침전 시 공정시간을 단축시킬 수 있음을 나타낸다. 또한, 앞서 제시된 결과에서처럼 과량의 응집제 주입 조건에서도 상징수의 잔류탁도가 낮게 분석된 원인 중의 하나로 사료되는 바이다.
- PACl은 전체적인 농도 범위에서 낮은 수치를 나타내어 막공정에 미치는 영향은 미미하다. 이 같은 결과를 보았을 때 생성된 플록은 투과 수량 저감에 큰 영향을 미치며 막공정 효율증대를 위한 응집 혼화 전처리활용 시 Alum 응집제는 최적범위 운전조건을 유지하여야만 전처리로서 활용가치가 있다고 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.