정수처리에 있어서 ozoflotation을 이용한 DBPs(disinfection by products) 전구물질 제거에 관한 연구

Abstract

[한글]

DBP를 저감하기 위한 방안으로써 크게 대체소독제 (alternative disinfectants) 사용과 전구물질(precursors) 제거 그리고 발생된 DBP제거 등으로 나눌 수 있는데, 본 연구에서는 이러한 DBP 저감 방안중에서 전구물질을 제거하는 방안으로 오존과 DAF를 단일조내에서 동시에 행할 수 있는 ozoflotation 처리방법을 이용하여 DBP전구물질중 특히 THM precursor와 surrogate인 TOC와 UV^^254 의 제거에 관해서 살펴보았다.

본 연구에 사용된 원수는 한강 중류지점인 암사원수를 대상으로 하였고, 전체 프로세스는 전처리로서 응집과 ozone과 가압수(saturated water)를 이용하는 ozoflotation으로 구성되어 있다. 우선 ozoflotation을 구성하고 있는 각 단위공정인 응집, DAF, ozonation의 처리조건 변화에 따른 대상물질의 제거율을 batch실험을 통해 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다.

ozoflotation의 전처리 과정인 응집의 적정조건을 알아보기 위해 TOC제거를 위한 목적으로한 enhanced coagulation 개념을 도입하여 jar test를 한 결과 TOC 40%제거를 충족시키는 Alum(Al^^2 (S0^^4 )^^3 · 18H^^2 O) 주입량은 60㎎/ℓ이상이였으며, THMP제거를 위한 적정 주입량은 35㎎/ℓ 였다.

다음은 오존에 의한 THMP제거 특성을 조사하기위해 오존요구량(Ozonedemand)과 오존접촉시간 그리고 오존주입량에 관한 실험을 한 결과 암사원수의 오존요구량은 0.5㎎/ℓ였으며 효과적인 오존 접촉시간은 10분으로 나타났다. 또한 오존주입량의 경우 물질에 따라 차이가 있었으나 2.5㎎/ℓ가 적절한 주입농도임을 알 수 있었고 물질별로 보면 UV^^254 가 상대적으로 높은 제거를 보였다.

DAF의 경우 ADT 압력 5.0㎏/㎝**2 으로 고정하고 반송비를 5%에서 30%까지 변화시켜 실험한 결과 모든 물질에서 반송비 10% 전후에서 일정한 제거 경향을 보였다. 그리고 최소 기포체적농도(bubble volume concentration : Φb)는 5600ppm정도로서 Mally 와 Edzwald(1992)의 연구와 같은 결과를 보였다.

다음은 ozoaotation 반응조를 제작하여 연속흐름(Continuous flow)으로 실험한결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

ozoflotation의 실험인자로 선정한 표면 부하율(surface loading rate)과 오존주입량(ozone dose) 그리고 가압수량 (recycle ratio)이 처리대상물질 제거에 영향을 미치는지 규명하기 위하여 연속흐름 조건에서 전처리 공정인 응집부분은 동일한 조건을 유지하고, 인

자의 수준을 3가지로 변화시키면서 실험한 결과 표면부하율과 오존주입량 변화에 대한 대상물질의 평균제거율에 차이가 있었으나 반송비의 경우는 평균제거율에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 물질별로 보면 탁도만이 오존주입량과 반송비에 영향을 받지 않는

것으로 나타났다.

요인배치법을 통한 ozoflotaion의 운전인자에 대한 주효과와 인자간 교호작용을 검토하여 최적 조건을 도출하기 위해, 표면부하율(2.08m**3 /m**2 .hr, 5.56m**3 /m**2 .hr)과 오존주입량 (1, 4mg/ℓ) 그리고 반송비 (10, 30%)의 3가지 인자에 대해 수준이 2가지이고 실험 반복횟수를 3회로한 요인배치실험(factorial design experiment)을 하여 얻은 결론은 다음과 같다.

모든 대상물질에서 표면부하율에 대한 주효과가 가장 큰 영향을 보였고, 오존주입량에 대한 효과는 상대적으로 적었으며 반송비의 영향은 거의 없는 것으로 나타났다. 또한 인자간 교호작용은 표면부하율과 오존주입량에 작용하는 교호작용만이 제거율에 영향이 있는 것으로 분석되었다. 그리고 이러한 결과가 통계적으로 유의한지 검토하기 위해 분산분석을 실시하였으며 그 결과 THMP 경우의 표면부하율만이 p값이 0.0002로서 유의한 것으로 나타났고, UV^^254 는 표면부하율과 오존주입량에 대한 각각의 주효과가 교호작용의 경우 표면부하율과 오존주입량, 표면부하율과 반송비에 대한 상호작용만이 유의한 것으로 검토되었다. TOC 제거에 경우 표면부하율과 오존주입량에 대한 각각의 주표과만이 유의한 것으로 나타났고, 탁도의 경우는 표면부하율과 반송비에 대한 주효과와 둘사이에 존재하

는 교호작용만이 유의한 것으로 나타났다.

이와같은 결과로 보면 THMP 제거를 위한 ozoflotation의 가장 중요한 운전인자는 표면부하율이며 낮은 수준인 2.08m**3 /m**2 .hr에서 좋은 결과를 보였으며 나머지 인자는 본 실험 수준에서는 영향을 미치지 않는 것으로 나타나 낮은 수준의 값에서 결정하면 될것

으로 판단되었다.

이상과 같은 연구 결과를 토대로 ozoflotaticol을 구성하고 있는 각 단위 공정간의 제거율을 비교하였다. 탁도의 경우 ozoflotationl이 다른 침전이나 OAF에 비해 제거율이 떨어지는 결과를 보였는데 이는 오존접족챔버에서 오존 기포에 의해 응집된 플럭들이 깨지기 때문인 것으로 사료된다. 따라서 ozoflotation이후 여과등의 후속공정이 필요함을 알 수 있다. 그러나 THMP나 TOC의 경우 제거율에 있어서 ozoflotation이 타공정에 비해 우수함을 나타냈는데 이는 제거효능면에서 뿐만아니라 두공정이 통합된 하나의 것임을 감안할 때, 상당한 장점이 있는 공정임을 알 수 있었다.

[영문]

This study applied an ozoflotation process, a combined process of ozone and DAF treatment, to evalute its removal ability of THM precursors. We measured the reduct in values of TOC and UV^^254 as a surrogate for THM precursors, as well. The raw water from Am-sa, far from the middle site of Han river, was used for the analysis. A total process consists of a condensation process as a prior activation and ozoflotation process with ozone and saturated water.

As apre-treatment of ozoflotation process, the method of enhanced coagulation was applied to select the optimal condition of coagulation, The result of jar test were as follows : TOC were found to be removed by 40%, at the higher level of alum dose than 60mg/ℓ, The proper concentration of alum dose was 35mg/ℓ.

To investigate the removal of THMP by ozone characterization, the experiment were conducted at the various condition, including ozone demand, ozone contact time, and ozone dose, Our result indicates that the amount of ozone demand in the raw water is 0.5mg/ℓ and effective ozone contact time was 10 minute. Also the proper concentration of O^^3 was shown to be 2.5mg/ℓ.

In DAF experimentation, setting ADT pressure 5.0kg/cm^^2 and recycle radio from 5% to 30%, consistent removal tedency appeared around 10% of recycle ratio. Taking into account of each removal ratio, removal efficiency by turbidity was about 90% as recycle ratio was over 10%. The removal efficiencies of THMP, UV^^254 TOC were about 50%, 60%, 40% respectively over 20 percentage of recycle ratio.

The results of continuous flow experimentation was followed. To prove whether surface loading rate, ozone dose and recycle ratio would affect the removal efficient of the target compounds, the coagulation process was set up with constant condition, The experiments were performed three times with surface loading rate

(2.08, 3.47, 5.56m**3 /m**2 .hr), ozone dose (1, 2, 4mg/ℓ), and recycle ratio (10, 20, 30%). While there were some differences in the average removal ratio of target compounds given by several conditions of surface loading rate and ozone dose, recycle ratio did not affect the average removal efficiencies. Only turbidity was independent of ozone dose and recycle ratio.

By factorial design experiment, it was considered of the main effect about the operating factors of ozoflotation process and the interaction between factors to induce optimal condition.

The results of factorial design experiment with surface loading rate (2.08m**3 /m**2 · hr, 5.56m**3 /m**2 · hr) ozone dose(1.4mg/ℓ), and recycle ratio(10, 30%) were as follows : surface loading rate was most effective, ozone injectional dose was relatively low, arid recycle rare was little effective.

The ozoflotation process, shown to be lower than other sedimentation and DAF process by turbidity, was assumed that coagulated floe was broken down by ozone air in ozone contact chamber, So, next process like filtration is needed after ozoflotation process, nevertheless ozoflotation process was more efficient than other process. Therefore this study proved ozoflotation process has many advantages of removal effect as well as in the aspect of coat benefits.