[논문]하수처리수 재이용을 위한 가압식 규조토 여과의 처리성능평가

임병란; 김희서; 고연실; 김현갑; 김종학; 이태진

doi:10.15681/kswe.2019.35.2.145

하수처리수 재이용을 위한 가압식 규조토 여과의 처리성능평가
Characteristics of Filtration Treatment Using Diatomite Filter Aids for Sewage Water Reuse 원문보기

한국물환경학회지 = Journal of Korean Society on Water Environment, v.35 no.2, 2019년, pp.145 - 151

임병란 (서울과학기술대학교 환경공학과) , 김희서 (서울과학기술대학교 환경공학과) , 고연실 (서울과학기술대학교 환경공학과) , 김현갑 (서울과학기술대학교 환경공학과) , 김종학 ((주)케이원에코텍) , 이태진 (서울과학기술대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate treatment characteristics of diatomite filtration, that would allow water recovery from biologically-treated effluent for reuse. Diatomite, Celpure 100, and acid clay were used as filter-aids, with a support filter manufactured from polyethylene (PE), and polypropylene (PP). This pre-coating process using diatomite filter-aids, is used in the filtration range of pressure filters, and has consistently provided high-quality separation. The results showed that variations in average removal efficiency of SS, and T-P from biologically treated effluent by the diatomite-coated PE filter, were approximately 82.2 ~ 88.9 % and 4.8 ~ 21.1 %, respectively. T-P treatment efficiency of the PP filter pre-coated with diatomite and $Celpure^{(R)}100$ at $57.64g/m^2$, was approximately $24{\pm}10%$ and $40{\pm}15%$ on average, respectively. Particle size distribution of secondary effluent varied from 0.05 to $200{\mu}m$, and $d_{50}$ value was $20.76{\mu}m$. The size distribution of particles in the diatomite filtrate ranged from 1.26 to $101.1{\mu}m$ when pre-coated with diatomite filter-aid, at a content of $57.64g/m^2$. Diatomite filter aids, i.e., the particles that form the pre-coating layer, capture very fine particles as well as macromolecules, owing to their complex structure with numerous fine microscopic pores, and surface properties. The filtration process using diatomite and $Celpure^{(R)}100$ as filter aids, has been successfully applied, to recover water from sewage for reuse. The disadvantage of the process, is that the particle size of the filter-aid is spent, because of pressurization.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Particle size distribution of filter-aid: (a) Diatomite, (b) Celpure^Ⓡ100, (c) Acid clay.
그림 Fig. 2. Schematic diagram of lab-scale apparatus.
그림 Fig. 3. Filtration rate of PE filter, with filter-aids at 172.9 g/m² (Error bars: Standard deviation, p <0.05).
그림 Fig. 4. Particle size distribution of biologically treated effluent and diatomite filtration. (a) Secondary effluent, (b) Diatomite filtration water
표 Table 1. Treatment characteristics with pre-coating diatomite amount on PE filter
그림 Fig. 5. Change of COD and T-P concentration with pre-coating filter aids on PP filter (Error bars: Standard deviation, p<0.05).
그림 Fig. 6. SEM micrographs of diatomite (a) and Celpure^Ⓡ100 filter-aids (b).
그림 Fig. 7. SEM micrographs of side-view of precoat filters after filtration run. (a) Diatomite filter-aid, (b) Celpure^Ⓡ100 filter-aid

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 안정적인 재이용수 수질을 얻기 위해 다공성 규조토를 이용한 가압식 표면여과장치를 이용하여 필터소재 및 여과보조제종류에 따른 이차처리수의 처리성능을 비교해 보았으며 하수처리수 재이용을 위한 여과시설로 적용 가능성을 검토하고자 한다.
본 연구에서는 하수처리수를 재이용하는데 있어서 양질의 수질을 얻기 위해 여과보조제로 규조토를 이용한 규조토여과의 성능을 파악하기 위하여 여과필터 및 여과보조제에 종류에 따른 영향을 검토하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
하수 처리수 재이용수의 수질을 향상시키기 위하여 새로운 여과필터를 탐색하기 위하여 시중에 판매되고 있는 여과필터 종류별 처리효과를 검토하였다. 폴리프로필렌(PP)여과필터를 이용하였으며 여과보조제로는 규조토, 산성백토, Celpure^Ⓡ100을 이용하였고, 여과보조제량은 57.

제안 방법

35 cm²)로 자른 후 휠타 서포트에 올려놓고 여과보조제를 물과 혼합한 후 필터위에 pre-coat층을 형성시킨 다음 U하수처리시설의 하수원수 및 2차 처리수를 300 mL 이상 여과하였다. 본 실험결과에 대한 신뢰도를 높이기 위하여 동일한 시료와 조건에서 2 ~ 3회 반복적으로 여과실험을 수행하였고, 여과수의 수질은 수질오염공정시험기준에 따라 COD_Mn, T-P, SS 등을 3회 이상 분석하였다. 여과보조제 및 하수 2차처리수의 입도분포는 입도분석기를(LS I3-320, Beckman counter)이용하여 측정하였고, 주사전자현미경(TESCAN　VEGA3, Tescan)을 이용하여 여과보조제 및 여과 후 여과보조제의 표면을 분석하였다.
본 실험결과에 대한 신뢰도를 높이기 위하여 동일한 시료와 조건에서 2 ~ 3회 반복적으로 여과실험을 수행하였고, 여과수의 수질은 수질오염공정시험기준에 따라 COD_Mn, T-P, SS 등을 3회 이상 분석하였다. 여과보조제 및 하수 2차처리수의 입도분포는 입도분석기를(LS I3-320, Beckman counter)이용하여 측정하였고, 주사전자현미경(TESCAN　VEGA3, Tescan)을 이용하여 여과보조제 및 여과 후 여과보조제의 표면을 분석하였다.
여과장치는 실험실용 흡입여과기와 진공펌프(DOA-P704- AC, Gast Manufacturing, INC.)를 이용하였으며(Fig. 2), 여과필터를 47Φ사이즈(여과면적 17.35 cm2)로 자른 후 휠타 서포트에 올려놓고 여과보조제를 물과 혼합한 후 필터위에 pre-coat층을 형성시킨 다음 U하수처리시설의 하수원수 및 2차 처리수를 300 mL 이상 여과하였다.
여과필터 종류에 따라 처리효율에 미치는 영향을 검토하기 위하여, 폴리프로필렌 여과필터를 사용하여 여과보조제양을 동일하게 57.6 g/m²로 코팅한 후 여과효율을 비교하였다. 그 결과, T-P의 경우 유입원수의 농도는 평균 0.
하수 처리수 재이용수의 수질을 향상시키기 위하여 새로운 여과필터를 탐색하기 위하여 시중에 판매되고 있는 여과필터 종류별 처리효과를 검토하였다. 폴리프로필렌(PP)여과필터를 이용하였으며 여과보조제로는 규조토, 산성백토, Celpure^Ⓡ100을 이용하였고, 여과보조제량은 57.6 g/m²로 동일하게 pre-coat층을 형성시킨 후 하수 2차 처리수를 여과하여 수질을 비교하였다. 폴리프로필렌 여과필터만 사용하였을 경우 여과속도는 60 mL/sec이었으며, 규조토를 여과보조제로 pre-coat층을 형성시킨 경우 입자분포가 고르지 않아 부분적으로 코팅되었고 여과필터 표면 모서리로 몰려있는 경향이 많았으며, 여과속도는 8.
현재 현장에서 적용되고 있는 폴리에틸렌 필터를 사용하여 여과보조제 종류에 따른 처리효율을 검토하고자 여과보조제양은 57.64 g/m²로 pre-coat층을 형성시킨 다음 하수 2차처리수를 여과하였다. 폴리에틸렌 여과필터에 규조토 여과보조제양을 57.

대상 데이터

여과필터는 현재 하수처리시설 내 재이용수 생산시설 현장에서 적용하고 있는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)과 효과적인 여과필터소재를 선정하기 위하여 M사가 제조한 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)을 대상으로 여과성능을 검토하였고, 여과보조제로는 대부분 SiO₂ 86 ~ 93% 함유되어 있는 다공성 규조토(Diatomite)와 규조토를 더 미세하게 분말화한 Celpure^Ⓡ100(SiO2 96 ~ 98%) 그리고 SiO₂ 65 ~ 70%가 함유되어 있는 산성백토(Acid clay) 등을 그린워터케미컬(주)에서 구입하여 사용하였다. 여과보조제의 추가적인 성분으로는 Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO 등이 함유되어 있으며, 다공성이 커서 80 ~ 90%의 공극율을 가지고 있는 구조이다 (Khraisheh et al.

성능/효과

Fig. 6(a)와 (b)에 나타낸 바와 같이 규조토와 Celpure^Ⓡ100 여과보조제를 보면 다공성면서 골격구조가 복잡하고 다양한 형태를 나타내고 있었으며, 특히 Celpure^Ⓡ100은 규조토보다 좀 더 불규칙하고 여러 종류가 혼합되어 있었으며 불순물 등이 거의 없는 것으로 나타났다. 하수 2차 처리수를 여과한 결과, Fig.
COD농도는 평균 12.8 mg/L이었고, 처리수는 여과보조제에 따라 큰 차이는 없는 것으로 나타났으며 평균 10.8 mg/L로 평균 15.6% 제거되는 것으로 나타났으며, ± 8% 이하의 편차를 갖는 것으로 나타났다.
CelpureⓇ100은 평균 0.081 mg/L로 제거효율은 약 40%정도로 높게 나타났으나, ± 15% 이하의 편차를 갖는 것으로 나타났다.
T-P의 경우 유입원수의 농도는 평균 0.137 mg/L이었고, 처리수 농도는 규조토의 경우 평균 0.095 mg/L로 약 24 % 제거되었으며, ± 10% 이하의 편차를 갖는 것으로 나타났다.
그 결과, T-P의 경우 유입원수의 농도는 평균 0.137 mg/L이었고, 처리수 농도는 규조토의 경우 평균 0.095 mg/L로 약 24% 제거되었으며, ± 10% 이하의 편차를 갖는 것으로 나타났다.
본 실험시 유입원수의 평균 T-P농도는 0.123 mg/L이었고 규조토보조제 양을 57.6 g/m2로 pre-coat 하였을 때 제거효율은 약 21.1 ± 2%로 나타났다.
여과보조제 양이 증가할수록 감소하는 경향이 나타났는데 이는 코팅과정 중에 보조제의 쏠림현상이나 여과과정 중에 압력에 의해 PE여과필터의 조직이 부분적으로 넓어져 여과보조제로 사용한 규조토의 미세 입자가 유실되어 처리수에 영향을 미친 것으로 판단된다. 여과보조제에 따라 여과특성을 알아보기 위하여 규조토, 산성백토, Celpure^Ⓡ100을 각각 57.6 g/m² 로 코팅 후 하수 이차처리수를 여과속도를 검토한 결과, 입도분포가 작고, 밀도는 낮을수록 고형물을 포집할 수 있는 능력은 크나, 투과속도는 느린 것으로 나타났다.
여과필터로만 이용하여 실험한 결과 SS제거효율은 약 44 ± 2%정도 이었으나 규조토를 표면에 일정한 두께로 코팅한 후 여과한 경우 SS제거효율은 82.4 ~ 87.8%로 향상되었다.
이상의 연구결과로부터 수질만 고려해 보았을 때 여과보조제로는 CelpureⓇ100을 사용하는 것이 하수처리수 재이용 생산시스템으로써 적용가능성이 높게 나타났으나 수질 및 경제성을 고려한다면 일반 규조토를 활용하는 것이 유리할 것으로 사료된다.
폴리에틸렌 여과필터에 여과보조제로 규조토를 57.6 ~ 288.2 g/m2까지 변화시켜 여과한 결과, 평균 SS제거효율은 82.2 ~ 88.9%이었으며, T-P제거효율은 약 4.8 ~ 21.1%로 ± 5% 이하의 편차를 갖는 것으로 나타났다.

후속연구

100을 사용하는 것이 하수처리수 재이용 생산시스템으로써 적용가능성이 높게 나타났으나 수질 및 경제성을 고려한다면 일반 규조토를 활용하는 것이 유리할 것으로 사료된다. 그리고 향후 장기간 운전 시 유실되는 여과보조제의 손실율, 막힘현상, 현장적용 시 여과보조제의 코팅방법 등을 추가적으로 연구할 할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	규조토란 무엇인가?	, 2004). 규조토는 미세 규조류의 유해가 해저에 쌓여 생성된 것으로 백색이며 평균 50 ~ 100 μm크기의 규조류 껍데기로 이루어진 비정질 실리카로 구성되어있다(Ibrahim and Selim, 2011). 비중은 0.
	규조토의 특징은 무엇인가?	규조토는 미세 규조류의 유해가 해저에 쌓여 생성된 것으로 백색이며 평균 50 ~ 100 μm크기의 규조류 껍데기로 이루어진 비정질 실리카로 구성되어있다(Ibrahim and Selim, 2011). 비중은 0.5이고 껍데기의 일차 및 이차 공극 때문에 매우 낮은 밀도를 가지고 있어 흡착제, 첨가제, 여과보조제 등으로 많이 활용하고 있다(Al-degs et al., 2000; Bae et al.
	기존 여과공정의 문제점은 무엇인가?	, 2005). 이러한 여과공정은 여과필터의 폐색의 문제, 여과성능의 문제, 유입오염부하변화에 따른 처리효율 저하 등의 문제점이 발생 되고 있다. 하수처리시설의 고도처리기술 도입으로 최종 처리수의 수질이 우수하여 재래식 방법만으로도 처리한 후 재이용하는 경우도 많이 있으며, 하수 재이용시설에 처리효율이 높다는 장점을 가진 분리막을 적용하는 기술도 증가하고 있으나 원수의 수질, 운전인자, 멤브레인 특성에 따라 재이용수 수질이 상이하고 경제성이 높은 단점이 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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