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반응표면분석법-중심합성계획을 이용한 최적 응집제 주입량 산정 연구
Optimization of coagulant dosage using response surface methodology with central composite design 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.29 no.2, 2015년, pp.193 - 202  

김예슬 (중앙대학교 사회기반시스템공학부) ,  오재일 (중앙대학교 사회기반시스템공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The determining the appropriate dosage of coagulant is very important, because dosage of coagulant in the coagulation process for wastewater affects removing the amount of pollutants, cost, and producing sludge amount. Accordingly, in this study, in order to determine the optimal PAC dosage in the c...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Desirability function approach (DAF)를 통하여 여러가지 반응변수를 고려하여 영향변수들의 최적의 통합점을 도출하고자 하였다. 이 방법은 여러 가지의 반응 변수를 하나의 기준으로 계량화(Desired result, di)하여 계량화된 값들의 기하평균(Geometric mean) (D)의 최대값을 산정함으로서, 각 반응변수들의 최적의 통합점을 산정하는 방법으로 식 (3)과 같다.
  • Graphical method을 이용하여 Total coliform, E.coli의 경우 제거율 90-100%을, T-P, PO4-P의 경우 제거율 90-100%을, CODcr 및 PSD(<10 μm)의 경우 제거율 50-100%을 목적으로 영향변수의 최적 범위를 보고자 했다.
  • 또한 Overlay plot을 통하여 반응변수들의 관심 범위를 지정함으로서 영향변수의 최적 범위를 도출하고자 하였다.
  • coli (Escherichia coli), PSD (Particle size distribution) (<10 μm), TP (Total phosphorus), PO4-P (Orthophosphate), CODcr (Chemical oxygen demand using chromate))의 이차 회귀모형 모델식을 구축 하고자 한다. 또한, 여러 가지 반응변수를 고려하여 응집제의 최적 주입량 및 최적 범위를 도출하고자 한다.
  • 본 연구에서는 응집공정에서의 응집제 PAC (Polyaluminum chloride) 최적 주입량 결정을 위하여 중심합성 계획으로 실험설계를 진행하고자 하며, 반응표면분석으로 영향변수들(pH, 유입탁도, PAC 주입량)에 대한 각반응변수(Total coliform, E.coli (Escherichia coli), PSD (Particle size distribution) (<10 μm), TP (Total phosphorus), PO4-P (Orthophosphate), CODcr (Chemical oxygen demand using chromate))의 이차 회귀모형 모델식을 구축 하고자 한다.
  • 본 연구에서는 일반 하수를 대상으로 응집제로서 광범위하게 사용되는 PAC의 최적 주입량을 산정하고자 하였다. 하수의 수질항목으로서 병원균, 입자성물질, 무기물질, 유기물질을 보고자, Total coliform, E.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
어떤 경우에 PAC 주입량을 줄여 비용을 절감할 수 있는가? 이를 통해 유입탁도가 높을 시에는 pH를 조정함으로서 P 제거 대비 산정된 Al 양의 값보다 적은 PAC 양이 요구되며, 이에 따른 비용 절감을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
응집공정에서 응집제의 양이 과하거나 부족하면 어떻게 되는가? 응집공정에서 오염물의 제거 정도는 투입되는 응집제의 양에 가장 의존적이기 때문에 적절한 응집제의 투입량 결정이 매우 중요하다. 만약 응집제 양이 불충분할 경우 입자가 효과적으로 불안정화가 되지 못하며, 응집제 양이 과다하게 투입될 경우 재안정화, 과도한 슬러지 생산및 부식과 같은 부정적인 효과를 발생시킬 것이다 (U.S.
하수를 대상으로 하는 응집공정에서 측정하는 수질 항목은 중 대표적인 것은 무엇인가? 하수를 대상으로 하는 응집공정에서는 다양한 수질 항목들을 측정하여 응집제 투입량을 결정하는데, 대표적인 수질항목으로는 병원균, 입자성물질, 무기물질, 유기물질 등이 있다.
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참고문헌 (19)

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  2. American Water Works Association (AWWA) (1969) Water Treatment Plant Design (adopted from Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, 1996). 

  3. Clair N. Sawyer, Perry L. Mccarty, and Gene F. Parkin (1994) Chemistry for Environmental Engineering, McGraw-Hill Book co. 

  4. David H Bache and Ross Gregory (2007) Flocs in Water Treatment, IWA Publishing. 

  5. Deniz Bas and Ismail H. Boyaci (2007) Modeling and optimization I: Usability of response surface methodology, Journal of Food Engineering, 78(3), 836-845. 

  6. Douglas C. Montgomery (2013) Design and Analysis of Experiments, Wiley. 

  7. Gilbert M. Masters and Wendell P. Ela (2008) Introduction to Environmental Engineering and Science, Pearson Education, Inc. 

  8. Gil-Seong Lee (2012) Effect of CO2 injection on pH control and Coagulation in Water Treatment Plant, Changwon National University. 

  9. Gregory S. Patience (2013) Experimental Methods and Instrumentation for Chemical Engineers, Elsevier. 

  10. Howard S. Peavy, Donald R. Rowe, and George Tchobanoglous (1998) Environmental Engineering, McGraw-Hill. 

  11. Jian-Ping Wang, Yong-Zhen Chen, Xue-Wu Ge, and Han-Qing Yu (2007) Optimization of coagulation-flocculation process for a paper-recycling wastewater treatment using response surface methodology, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 302(1-3), 204-210. 

  12. John Bratby (2006) Coagulation and Flocculation in Water and Wastewater Treatment, IWA Publishing. 

  13. Marcos Almeida Bezerra, Ricardo Erthal Santelli, Eliane Padua Oliveira, Leonardo Silveira Villar, and Luciane Amelia Escaleira (2008) Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry, Talanta, 76(5), 965-977. 

  14. Metcalf and Eddy (2004) Wastewater engineering treatmentand reuse, Mc graw hill. 

  15. Michael L. Shuler and Fikret Kargi (2002) BioprocessEngineering Basic Concepts, Pearson Education International. 

  16. Raymond H. Myers, Douglas C. Montgomery, and Christine M. Anderson-cook (2009) Response Surface Methodology, Wiley. 

  17. Shahin Ghafari, Hamidi Abdul Azizb, Mohamed Hasnain Isa, and Ali Akbar Zinatizadehd (2009) Application of response surface methodology (RSM) to optimize coagulation- flocculation treatment of leachate using poly-aluminum chloride (PAC) and alum, Journal of Hazardous Materials, 163(2-3), 650-656. 

  18. U. S. Environmental Protction Agency (2001) The Incorporation of Water Treatment Effects on Pesticide Removal and Transformations in Food Quality Protection Act (FQPA) Drinking Water Assessments, Office of Pesticide Programs United States Environmental Protection Agency Washington, D.C. 20460. 

  19. U. S. Environmental Protection Agency (2014) Conventional Treatment, Drinking Water Treatability Database, Available at: http://iaspub.epa.gov/tdb/pages/treatment/treatmentOverview.do 

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