[논문]섬유여과기와 전기분해조를 병합한 물 재이용 시스템 설계

신춘환

doi:10.5322/jesi.2015.24.11.1385

[국내논문] 섬유여과기와 전기분해조를 병합한 물 재이용 시스템 설계
Design of a Water Reuse System Combined with a Fiber Filtration and Electrolysis 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.24 no.11, 2015년, pp.1385 - 1391

Abstract ▼ AI-Helper

A water reuse system was designed for a demonstration plant by combining fiber filtration and electrolysis. A discharged dye wastewater after treated with biomedia was used in this study. It was found that an additional removal of suspended solids (SS) was feasible with 2-stage filtration while electrolysis was not effective. Also, $COD_{cr}$ and $COD_{Mn}$ were not removed with 2 -stage filtration but electrolysis resulted in about 26.9% additional removal. This indicates that electrolysis play an important role in organic removal. Removal of T-N and T-P was negligible with 1 and 2-stage fiber filtration and low-level electrolyte. However, with 2000 ppm of electrolyte, their removal efficiencies were about 83.1 and 60%, respectively, suggesting that the removal rates are well associated with the electrolyte concentrations. With high-level electrolyte, colority was removed about 82% while chlorine ions were removed only about 10%. Therefore, to treat underground water containing high-level salinity in the follow-up study, based on the results in this paper, a combined system with selection of additional unit process and reverse osmosis will be designed.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

, 2012) 또한 검증되고 있는 실정이다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 이미 SS의 제거에 탁월한 효과가 검증된 S사의 섬유여과 실증 plant를 모방한 간이 섬유여과기를 제작하고 여기에 전기분해 반응조를 연결한 병합 시스템의 설계와 함께 염색폐수를 표본 원수로 선택하여 재이용수 생산 가능성에 대한 기초자료를 마련하고자 하였으며 단위 반응 시스템의 병합에 대한 타당성 및 사용 원수의 변화에 따른 병합 조건의 설계 방법을 제시하고자 하였다.

제안 방법

3과 같이 제작하였으며 선행연구의 결과(KOFAC, 2015)에 따라 1단 및 2단 섬유여과기는 각각 60분, 전기분해 반응조는 전해질을 100, 500, 2,000 ppm으로 농도를 조절하여 30분의 체류 시간으로 운전하였다. 또한 섬유여과 단독에 의한 제거효율과 전기분해 병합에 의한 제거효율을 제시하기 위해 방류수를 구분하여 분석하였다.
COD, T-N, T-P, Cl은 휴마스 지시약(Humas, Korea)을 사용하여 분석하였으며 색도는 흡광광도계(Shimadzu, Japan), SS는 탁도계(HACH, USA)를 사용하여 측정하였다.
SS가 240 ppm인 인공하수를 원수로 사용하여 1단 여과, 2단 여과의 제거효율과 전기분해 반응조의 전해질 농도를 100, 500, 2,000 ppm으로 조절하여 제거효율을 비교하였다. Fig.

대상 데이터

생물메디아로 처리된 염색폐수의 방류수(Park and Chung, 2010)를 원수로 선정하여 가장 높은 농도를 기준으로 Table 1과 같이 인공하수를 제조하였으며 색도는 Blue BNG(λ=641 nm)을 사용하여 흡광도로서 10.0을 초기 색도로 설정하였다. 또한 특정 지하수의 Cl^- 제거효율에 관한 선행 연구를 위해 방류수의 260.

이론/모형

2개의 섬유여과 장치 및 전기분해 반응조를 연결하여 Fig.3과 같이 제작하였으며 선행연구의 결과(KOFAC, 2015)에 따라 1단 및 2단 섬유여과기는 각각 60분, 전기분해 반응조는 전해질을 100, 500, 2,000 ppm으로 농도를 조절하여 30분의 체류 시간으로 운전하였다. 또한 섬유여과 단독에 의한 제거효율과 전기분해 병합에 의한 제거효율을 제시하기 위해 방류수를 구분하여 분석하였다.

성능/효과

1. SS 제거효율은 1단 섬유여과기에서 53.8%, 2단 섬유여과기에서 65.8%로 확인되어 2단 섬유여과기에서 12%의 추가적인 여과효율을 보이고 있음을 알 수 있으나 전기분해조는 SS 제거효율에는 그다지 영향을 미치지 못하고 있기 때문에 SS의 제거에는 섬유여과기가 주도적인 역할을 하고 있음을 확인하였다.
2. COD_cr의 제거효율은 1단 섬유여과기 및 2단 섬유여과기에서 6.8%, 8.9% 나타나고 있으며 COD_Mn의 제거효율 역시 27.8%, 26.8%로 나타나고 있어 섬유여과에 의한 유기물 제거효율은 낮으며 2단 여과의 효과도 거의 없음을 알 수 있다.
3. T-N, T-P의 제거효율은 섬유여과기에서는 10% 미만으로 나타났으며 전기분해 반응조에서 전해질 농도가 고농도 일 때 T-N은 83.1%, T-P는 60%의 제거 효율을 보이고 있어 최적 전해질 농도를 확인 할 수 있었다.

후속연구

4. 전기분해조의 전해질 농도가 100 ppm에서 색도제거 효율이 38%, 2,000 ppm에서 82%의 제거 효율을 보이고 있어 이온성 염료의 산화에 의한 제거효과가 나타나고 있음을 확인 할 수 있지만 이온성 염료는 BOD/COD의 비율에 따라 처리 방법이 다르기 때문에 BOD/COD의 비율 확인 및 이온성 염료의 재분산 방지기술에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다.
5. 결과적으로 후속 연구인 고농도 염분 함유 지하수의 처리를 위해서는 본 연구의 결과를 기반으로 SS 제거, 유기물 제거, TDS 제거, 이온성 물질 등의 제거효율 상승을 위한 단위공정의 선정과 함께 역삼투(RO) 공정 등을 병합한 시스템의 설계를 검토할 필요가 있음을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	물 재이용을 위한 시스템 구성의 근본적인 설계 방향이 우선시 되어야 하는 이유는 무엇인가?	, 2009)에 걸쳐 기술적인 타당성을 제시하고 있다. 특히 물 재이용을 위해서는 원수의 수질 및 재이용수의 용도에 따라 접근 기술이 차별성을 가지고 있기 때문에 물 재이용을 위한 시스템 설계의 경우에는 시스템 구성의 근본적인 설계 방향이 우선되어야한다. 즉 일차적으로 suspended solid(SS)의 처리, 염분 및 total disolved solid(TDS)의 제거, 주로 Ca+2와 Mg+2에 의해 유발되는 경도 제거, 중탄산 등의 탄산염제거, 때에 따라서는 색도 및 석유화합물의 제거, total organic carbon(TOC) 으로서의 유기물 처리 등을 위한 기능성 소재의 선택 및 적용방법이 설정되어야하며 공업용수, 농업용수, 가정용수, 조경용수, 생활용수 및 식수 등의 용도에 따라 요구 수질을 만족하는 재이용수 생산 시스템의 구성 및 운전 기술이 정립되어야 한다(Shin and Bae, 2012; Shin et al.
	시스템 구성의 근본적인 설계 방향은 구체적으로 어떠한 적용 방법이 설정 되어야 하는가?	특히 물 재이용을 위해서는 원수의 수질 및 재이용수의 용도에 따라 접근 기술이 차별성을 가지고 있기 때문에 물 재이용을 위한 시스템 설계의 경우에는 시스템 구성의 근본적인 설계 방향이 우선되어야한다. 즉 일차적으로 suspended solid(SS)의 처리, 염분 및 total disolved solid(TDS)의 제거, 주로 Ca+2와 Mg+2에 의해 유발되는 경도 제거, 중탄산 등의 탄산염제거, 때에 따라서는 색도 및 석유화합물의 제거, total organic carbon(TOC) 으로서의 유기물 처리 등을 위한 기능성 소재의 선택 및 적용방법이 설정되어야하며 공업용수, 농업용수, 가정용수, 조경용수, 생활용수 및 식수 등의 용도에 따라 요구 수질을 만족하는 재이용수 생산 시스템의 구성 및 운전 기술이 정립되어야 한다(Shin and Bae, 2012; Shin et al., 2014 ).
	물 재이용에 관한 세계적인 노력은 어떠한 분야에서 그 타당성이 제시되고 있는가?	, 2008). 이는 빗물 재이용, 하·폐수 재이용, 발전소 온배수 재이용 및 해수 담수화 등의 다양한 분야(Donghae, 2015; Shin, 2010; POSCO, 2014; Greenlee et al., 2009)에 걸쳐 기술적인 타당성을 제시하고 있다.

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