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문제 정의
- 본 연구는 Pilot-Plant 내 고도정수처리공정에서의 응집제의 효과를 알아보기 위하여 실험을 수행하였다. Jar-Test는 5번의 반복실험을 통해 결과가 도출하였으며, 도출된 결과를 바탕으로 P파일럿플랜트에 적용하여 25일간 평가를 수행하였다.
- 본 연구는 보편적으로 많이 사용하는 응집제인 aluminium sulfate, poly aluminum chloride, poly aluminum silicate chloride를 사용하여 Jar-Test와 Pilot-Test를 이용하여 응집 효율을 평가하고자 실험을 수행하였다.
- 본 연구의 목적은 원수의 급격한 수질 변동에 대응하기위해 최적 응집제를 선정하고 이에 따른 최적의 투입량을 결정하기 위해 Jar-Test를 수행하여 PASC, PAC, alum을 이용한 최적의 응집제 결정 및 원수 수질에 따른 최적 응집제 주입량을 설정하였고, 파일럿플랜트에서 이를 검증하였다.
- 종류 별 응집제(Alum, PAC, PASC)를 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, 25 ppm, 30 ppm, 35 ppm, 40 ppm 조건으로 주입하여 급속/완속교반, 침전 과정 후 TOC, 탁도, 그리고 pH를 측정하였다. 이를 바탕으로 응집효과를 비교 및 분석하여 최적의 응집제 선정 및 주입량을 결정하고자 하였다. 원수의 탁도는 3-20 NTU 범위로 저니토를 이용하여 인위적으로 조절하였다.
제안 방법
- 2) Pilot-Test는 Jar-Test의 결과에서 선정 된 응집제인 PASC를 이용 최적 주입량인 15mg/L 조건으로 주입하여 이를 검증하기 위해 Pilot-Plant에서 실험하였다. 응집제 주입에 따른 탁도 제거율은 22-82%, TOC 제거율은 0-88% 범위로 확인하였다.
- Jar-Test 및 Pilot-Plant 실험을 통하여 원수 및 응집후 처리수의 탁도, TOC, pH를 측정하였다. 탁도 측정 시 Jar-Test 에서는 Hach사의 탁도 측정기(DR-2100, Germany)를 사용하였으며, Pilot-Test에서는 Yokogawa사의 온라인 탁도측정기(TB450, Japan)를 사용하여 측정하였다.
- 응집제의 Jar-Test는 높은 탁도부터 낮은 탁도순으로 정확성을 위해 5회에 걸쳐 반복시행 하였고, Jar-Test의 결과를 검증하기 위해 Pilot-Plant에서 실험을 진행하였다. Jar-Test에서는 Jar-tester(SF6, Misung scientific. co. Ltd.)를 사용하였으며, Alum, PAC, PASC를 사용하여 원수 탁도에 따른 응집효율을 측정하였다. Jar-Test 실험 시 테스트 샘플들을 1,000 mL 비이커 6개에 500 mL를 채우고 농도 별로 응집제를 동시에 주입한 뒤 교반기를 이용하여 급속(120 rpm)으로 1분, 완속(60 rpm)으로 20분 동안 교반 하였으며, 30분간 침전 시켰다.
- 본 연구에서의 Pilot-Test는 Jar-Test에서의 실험 결과를 바탕으로 하여 25일간 실험을 수행하였다. Pilot-Plant의 운전 조건은 지표수 8 L/min, 지하수 2 L/min 로 총 10 L/min으로 하루 8시간씩 운전 하였으며, 원수와 응집 처리수의 탁도, pH, TOC를 비교 측정하였다. Figure 2 에서는 시간에 따른 탁도, pH, TOC 변화곡선을 나타내었다.
- 탁도 측정 시 Jar-Test 에서는 Hach사의 탁도 측정기(DR-2100, Germany)를 사용하였으며, Pilot-Test에서는 Yokogawa사의 온라인 탁도측정기(TB450, Japan)를 사용하여 측정하였다. pH 측정 시 Jar-Test 에서는 HANNA Instrument사의 pH meter (HI 98129, USA)를 사용하였으며, Pilot-Test에서는 Thermo Scientific사의 온라인 pH 측정기(Alpha pH 200, USA)를 사용하였다. TOC는 습식산화법을 이용한 Shimadzu사의 TOC 측정기(V-series, Japan)로 측정하였으며, TOC 제거율은 아래 식을 이용하여 계산하였다.
- 본 연구에서의 Pilot-Test는 Jar-Test에서의 실험 결과를 바탕으로 하여 25일간 실험을 수행하였다. Pilot-Plant의 운전 조건은 지표수 8 L/min, 지하수 2 L/min 로 총 10 L/min으로 하루 8시간씩 운전 하였으며, 원수와 응집 처리수의 탁도, pH, TOC를 비교 측정하였다.
- 이를 바탕으로 응집효과를 비교 및 분석하여 최적의 응집제 선정 및 주입량을 결정하고자 하였다. 원수의 탁도는 3-20 NTU 범위로 저니토를 이용하여 인위적으로 조절하였다. 5회에 걸친 Jar-Test의 평균값에 대한 원수 탁도 별 응집제 투입량에 따른 실험은 Fig.
- 응집제의 Jar-Test는 높은 탁도부터 낮은 탁도순으로 정확성을 위해 5회에 걸쳐 반복시행 하였고, Jar-Test의 결과를 검증하기 위해 Pilot-Plant에서 실험을 진행하였다. Jar-Test에서는 Jar-tester(SF6, Misung scientific.
- 인천 B. 정수장 내 Pilot-Plant의 운전 조건은 지표수 8L/min, 지하수 2L/min 로 총 10L/min으로 하루 8시간씩 운전 하였으며, 원수와 혼화/응집/침전 처리된 물의 탁도, pH, 그리고 TOC를 비교 측정하였다.
- 종류 별 응집제(Alum, PAC, PASC)를 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, 25 ppm, 30 ppm, 35 ppm, 40 ppm 조건으로 주입하여 급속/완속교반, 침전 과정 후 TOC, 탁도, 그리고 pH를 측정하였다. 이를 바탕으로 응집효과를 비교 및 분석하여 최적의 응집제 선정 및 주입량을 결정하고자 하였다.
- 침전이 끝난 후 침전수의 상층을 피펫을 사용해 샘플링 한 뒤 탁도, TOC, DOC, pH를 측정하였고, 응집제의 농도는 10ppm, 15ppm, 20ppm, 25ppm, 30ppm, 35ppm, 40 ppm으로 투여하였다.
- Jar-Test 및 Pilot-Plant 실험을 통하여 원수 및 응집후 처리수의 탁도, TOC, pH를 측정하였다. 탁도 측정 시 Jar-Test 에서는 Hach사의 탁도 측정기(DR-2100, Germany)를 사용하였으며, Pilot-Test에서는 Yokogawa사의 온라인 탁도측정기(TB450, Japan)를 사용하여 측정하였다. pH 측정 시 Jar-Test 에서는 HANNA Instrument사의 pH meter (HI 98129, USA)를 사용하였으며, Pilot-Test에서는 Thermo Scientific사의 온라인 pH 측정기(Alpha pH 200, USA)를 사용하였다.
대상 데이터
- 본 연구를 위해 사용된 지표수는 팔당댐을 원수로 하는 인천 B. 정수장의 유입수를 사용 하였으며, 지하수는 B. 정수장 내 지하수 관정을 이용하여 채수하였다. 지표수와 지하수의 물리·화학적 특성은 Table 1에 나타내었다.
- 지표수와 지하수의 물리·화학적 특성은 Table 1에 나타내었다. 응집제는 PASC(KG Chemical, Korea), PAC (Eyoung Chemical, Korea), Alum(Eyoung Chemical, Korea)을 사용하였으며, 각각의 특성은 Table 2에 나타내었다.
데이터처리
- 본 연구는 Pilot-Plant 내 고도정수처리공정에서의 응집제의 효과를 알아보기 위하여 실험을 수행하였다. Jar-Test는 5번의 반복실험을 통해 결과가 도출하였으며, 도출된 결과를 바탕으로 P파일럿플랜트에 적용하여 25일간 평가를 수행하였다.
- 56 mg/L 범위로 측정되었다. Jar-Test에서 실험한 결과를 바탕으로 최적 응집제인 PASC를 이용하여 최적 주입량 조건으로 주입 후 25일간 실험을 통하여 검증하였다.
이론/모형
- pH 측정 시 Jar-Test 에서는 HANNA Instrument사의 pH meter (HI 98129, USA)를 사용하였으며, Pilot-Test에서는 Thermo Scientific사의 온라인 pH 측정기(Alpha pH 200, USA)를 사용하였다. TOC는 습식산화법을 이용한 Shimadzu사의 TOC 측정기(V-series, Japan)로 측정하였으며, TOC 제거율은 아래 식을 이용하여 계산하였다.
성능/효과
- 1) Jar-Test에서 사용한 Alum의 경우 최적 응집제의 투입량은 25mg/L로 확인하였으며, 탁도 제거효율은 최대 71%였으며, TOC 제거효율은 최대 75%였다. PAC의 최적 투입량은 20mg/L로 확인하였으며, 탁도 제거효율은 최대 75%, TOC제거효율은 최대 70%로 확인하였다.
- Jar-Test의 실험 결과를 분석 하였을 때, 원수 탁도가3-20 NTU 범위에서 응집제 주입 후 탁도 및 TOC 제거율을 측정하였을 때 PASC의 응집효율이 가장 높음을 확인할 수 있었으며, 응집제 주입량에 따른 탁도와 TOC 제거율, pH 변화를 고려하였을 때, PACS 15 mg/L을 주입하는 것이 최적 조건임을 확인하였으며, 이를 Pilot-Plant에서 적용 및 검증 하였다.
- 원수 탁도 3 NTU 조건에서 Alum의 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 3%, TOC 제거율은 34%로 확인하였다. PAC의 최적 주입농도는 10 mg/L 이며, 탁도 제거율은 16%, TOC 제거율은 51%로 확인하였다. PASC의 경우 최적 주입농도는 10 mg/L이며, 탁도 제거율은 23%, TOC 제거율은 49%로 확인하였다.
- 원수 탁도 5 NTU 조건에서 Alum의 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 36%, TOC 제거율은 44%로 확인하였다. PAC의 최적 주입농도는 15 mg/L 이며, 탁도 제거율은 44%, TOC 제거율은 53%로 확인하였다. PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 46%, TOC 제거율은 52%로 확인하였다.
- 원수 탁도 10 NTU 조건에서 Alum의 최적 주입농도는 20 mg/L이며, 탁도 제거율은 68%, TOC 제거율은 81%로 확인하였다. PAC의 최적 주입농도는 20 mg/L 이며, 탁도 제거율은 69%, TOC 제거율은 83%로 확인하였다. PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 73%, TOC 제거율은 82%로 확인하였다.
- 원수 탁도 15 NTU 조건에서 Alum의 최적 주입농도는 25 mg/L이며, 탁도 제거율은 75%, TOC 제거율은 71%로 확인하였다. PAC의 최적 주입농도는 20 mg/L 이며, 탁도 제거율은 75%, TOC 제거율은 70%로 확인하였다. PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 80%, TOC 제거율은 89%로 확인하였다.
- 원수 탁도 20 NTU 조건에서 Alum의 최적 주입농도는 25 mg/L이며, 탁도 제거율은 80%, TOC 제거율은 69%로 확인하였다. PAC의 최적 주입농도는 20 mg/L 이며, 탁도 제거율은 81%, TOC 제거율은 91%로 확인하였다. PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 86%, TOC 제거율은 93%로 원수 탁도 20NTU 조건에서 PACS 15 mg/L 농도로 주입하였을 때 응집 효율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 1) Jar-Test에서 사용한 Alum의 경우 최적 응집제의 투입량은 25mg/L로 확인하였으며, 탁도 제거효율은 최대 71%였으며, TOC 제거효율은 최대 75%였다. PAC의 최적 투입량은 20mg/L로 확인하였으며, 탁도 제거효율은 최대 75%, TOC제거효율은 최대 70%로 확인하였다. PASC의 탁도 제거효율은 최대 80%, TOC의 제거효율은 최대 89%로 확인하였다.
- PAC의 최적 주입농도는 10 mg/L 이며, 탁도 제거율은 16%, TOC 제거율은 51%로 확인하였다. PASC의 경우 최적 주입농도는 10 mg/L이며, 탁도 제거율은 23%, TOC 제거율은 49%로 확인하였다. 최적 응집제 및 투여량은 PACS 10mg/L로 확인할 수 있었다.
- PAC의 최적 주입농도는 15 mg/L 이며, 탁도 제거율은 44%, TOC 제거율은 53%로 확인하였다. PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 46%, TOC 제거율은 52%로 확인하였다. 응집 효과를 분석하였을 때 최소 투입량 15mg/L에서의 PACS가 탁도 및 TOC의 최대 제거율을 보여주었다.
- PAC의 최적 주입농도는 20 mg/L 이며, 탁도 제거율은 69%, TOC 제거율은 83%로 확인하였다. PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 73%, TOC 제거율은 82%로 확인하였다. 응집제 별 탁도 및 TOC 제거율과 최적 주입량을 고려하였을 때 최적 조건은 PASC 15mg/L 주입 조건이 응집효율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
- PAC의 최적 주입농도는 20 mg/L 이며, 탁도 제거율은 75%, TOC 제거율은 70%로 확인하였다. PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 80%, TOC 제거율은 89%로 확인하였다. 원수 탁도 20 NTU 조건에서와 같이 PACS 15 mg/L 농도로 주입하였을 때 Alum이나 PAC보다 응집 효율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
- PAC의 최적 주입농도는 20 mg/L 이며, 탁도 제거율은 81%, TOC 제거율은 91%로 확인하였다. PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 86%, TOC 제거율은 93%로 원수 탁도 20NTU 조건에서 PACS 15 mg/L 농도로 주입하였을 때 응집 효율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
- PAC의 최적 투입량은 20mg/L로 확인하였으며, 탁도 제거효율은 최대 75%, TOC제거효율은 최대 70%로 확인하였다. PASC의 탁도 제거효율은 최대 80%, TOC의 제거효율은 최대 89%로 확인하였다.
- Pilot-Plant에서 4주간 실험을 수행 하였을 때 원수 탁도는 3.6-25 NTU범위로 변화하였으며, PASC 15mg/L을 주입하였을 때 침전조에서 22-82% 범위의 제거율을 보였으며, TOC의 경우 0-88% 범위의 제거율을 보여주었다. 본 결과를 바탕으로 응집제의 효율은 탁도 및 TOC가 높아짐에 따라 높은 효율을 보이는 경향을 나타내었으며, 탁도의 경우 25NTU에서 최대 응집효율(82%)을 확인하였고, TOC의 경우 8.
- 6-25 NTU범위로 변화하였으며, PASC 15mg/L을 주입하였을 때 침전조에서 22-82% 범위의 제거율을 보였으며, TOC의 경우 0-88% 범위의 제거율을 보여주었다. 본 결과를 바탕으로 응집제의 효율은 탁도 및 TOC가 높아짐에 따라 높은 효율을 보이는 경향을 나타내었으며, 탁도의 경우 25NTU에서 최대 응집효율(82%)을 확인하였고, TOC의 경우 8.56mg/L에서 최대 제거효율(88%)을 확인하였다.
- 원수 pH는 7.61 이였으며 Alum 주입 시 10mg/L(pH 7.43), 15 mg/L(pH 7.32), 20 mg/L(pH 7.22), 25 mg/L(pH 7.1), 30 mg/L(pH 7.00), 35 mg/L(pH 6.9), 40 mg/L(pH 6.80) 이였으며, 먹는 물 수질기준인 pH 5.8-8.5 사이를 만족하였다. PAC를 사용 하였을 때 10 mg/L(pH 7.
- 원수 탁도 10 NTU 조건에서 Alum의 최적 주입농도는 20 mg/L이며, 탁도 제거율은 68%, TOC 제거율은 81%로 확인하였다. PAC의 최적 주입농도는 20 mg/L 이며, 탁도 제거율은 69%, TOC 제거율은 83%로 확인하였다.
- 원수 탁도 15 NTU 조건에서 Alum의 최적 주입농도는 25 mg/L이며, 탁도 제거율은 75%, TOC 제거율은 71%로 확인하였다. PAC의 최적 주입농도는 20 mg/L 이며, 탁도 제거율은 75%, TOC 제거율은 70%로 확인하였다.
- 원수 탁도 20 NTU 조건에서 Alum의 최적 주입농도는 25 mg/L이며, 탁도 제거율은 80%, TOC 제거율은 69%로 확인하였다. PAC의 최적 주입농도는 20 mg/L 이며, 탁도 제거율은 81%, TOC 제거율은 91%로 확인하였다.
- PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 80%, TOC 제거율은 89%로 확인하였다. 원수 탁도 20 NTU 조건에서와 같이 PACS 15 mg/L 농도로 주입하였을 때 Alum이나 PAC보다 응집 효율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 원수 탁도 3 NTU 조건에서 Alum의 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 3%, TOC 제거율은 34%로 확인하였다. PAC의 최적 주입농도는 10 mg/L 이며, 탁도 제거율은 16%, TOC 제거율은 51%로 확인하였다.
- 원수 탁도 5 NTU 조건에서 Alum의 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 36%, TOC 제거율은 44%로 확인하였다. PAC의 최적 주입농도는 15 mg/L 이며, 탁도 제거율은 44%, TOC 제거율은 53%로 확인하였다.
- PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 46%, TOC 제거율은 52%로 확인하였다. 응집 효과를 분석하였을 때 최소 투입량 15mg/L에서의 PACS가 탁도 및 TOC의 최대 제거율을 보여주었다.
- PASC의 경우 최적 주입농도는 15 mg/L이며, 탁도 제거율은 73%, TOC 제거율은 82%로 확인하였다. 응집제 별 탁도 및 TOC 제거율과 최적 주입량을 고려하였을 때 최적 조건은 PASC 15mg/L 주입 조건이 응집효율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 응집제 주입에 따른 탁도 제거율은 22-82%, TOC 제거율은 0-88% 범위로 확인하였다. 응집제 주입 시 pH는 평균 7.0으로 먹는 물 수질 기준인 pH 5.8-8.5을 만족하였다. 응집제의 응집효율에 대한 경향성을 분석하였을 때, 탁도 및 TOC가 높아짐에 따라 높은 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
- 2) Pilot-Test는 Jar-Test의 결과에서 선정 된 응집제인 PASC를 이용 최적 주입량인 15mg/L 조건으로 주입하여 이를 검증하기 위해 Pilot-Plant에서 실험하였다. 응집제 주입에 따른 탁도 제거율은 22-82%, TOC 제거율은 0-88% 범위로 확인하였다. 응집제 주입 시 pH는 평균 7.
- 5을 만족하였다. 응집제의 응집효율에 대한 경향성을 분석하였을 때, 탁도 및 TOC가 높아짐에 따라 높은 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
- PASC의 경우 최적 주입농도는 10 mg/L이며, 탁도 제거율은 23%, TOC 제거율은 49%로 확인하였다. 최적 응집제 및 투여량은 PACS 10mg/L로 확인할 수 있었다.
후속연구
- 응집제 최적 주입조건 도출 실험에 대한 Pilot-Test에서의 검증에 대한 연구는 많이 현재까지 많이 진행되지 않았으며, 본 실험의 결과를 바탕으로 실제 플랜트에서의 응집제주입량 산정에 기여할 수 있을 것이라 사료된다.
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