가압부상 정수방법에 적합한 응집에 관한 연구

Abstract

[한글]

현대 사회는 산업 구조의 고도화로 인한 각종 산업체로부터 배출되는 오염 물질들로 인해 하천 및 상수원의 오염 문제가 매우 심각하게 대두되고 있다. 또한, 호소수는 상수원의 40 %를 차지하고 있는데 이를 상수원수로 사용하는 지역에서는 맛, 흙냄새, 곰팡이냄새 등의 문제를 제기하고 있다. 특히 이러한 오염된 물을 상수원으로 이용해 적절한 처리가 되지 못하면 인간의 건강과 직결되는 문제가 된다.

현재 국내의 정수 공정은 응집침전과 급속모래여과 및 염소소독 등을 주요 골격으로 이루어져 있는데 이 방법은 비교적 수질이 양호한 수원을 사용할 경우에 적합한 방법으로서 현재와 같이 악화된 상수원에서는 깨끗한 상수의 공급이 힘들다.

최근 외국의 일부 정수 처리장에서 응집·침전보다 응집·부상법에 의해 고액 분리를 하고 있는데, 유럽, 특히 스칸디나비아와 영국에서는 20여년 전부터 정수처리를 하는데 있어서 응집·부상법에 의해 고액 분리를 하고 있다. 부상법은 100여년 전부터 광산업과 화학 공정 산업에서 액체 혼합물에서 이질 성분의 입자를 분리하는데 사용되어져 왔고, 또한 기름 정제소와 펄프 제조공장등과 같은 산업 폐수의 처리와 도시의 슬러지 농축 등에 이용되어져 왔다.

부상법중 본 논문에서 사용한 용존공기 가합 부상법(Dissolved Air Flotation 이하 DAF)은 처리 시간이 30분 이내로 기존의 침전방식(3 - 6시간)보다 훨씬 짧고, 약품침전을 중심으로 한 기존의 정수처리로는 제거가 곤란했던 algae, 맛과 냄새, 합성 세제, 오일과 그리스, 철, 마그네슘, 특히 휘발성 유기오염물질 등의 미량 유기오염물질의 효율적인 제거가 가능하다는 장점을 가지고 있다.

DAF system에서 최적 효율에 영향을 주는 인자는 부유상의 크기, 부유상을 이루는 구성 성분의 특성, 공기와 고형물의 비율, Scum제거 방법, 유입수의 특성 등이다. 이중 부유상의 크기를 적정하게 하기 위해서는 응집처리시 기존의 침전방식에서의 응집조건과는 다른 조건들이 필요하게 된다. 그래서 부상법에 적합한 응집조건을 이루는 것이 중요한 인자로 작용하게 된다.

따라서 본 논문에서는 각 합성수의 조건별로 무상에 적합한 응집 조건인 수온, 응집제 종류 및 주입량을 구하고 pH변화에 따른 Zeta 전위와 탁도제거율을 조사하였다.

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

첫째, 기존 정수처리법인 응집·침강법과 고도정수처리법인 응집·가압부상법 즉 DAF system의 탁도제거율을 비교해 본 결과 부상시 처리 효율이 높았으며, 특히 합성수의 농도가 낮은 경우에 처리 효율의 차이가 크게 났다

둘째, 가압부상법에 적합한 응집제 종류를 구하기 위해 보편적으로 많이 사용되고 있는 응집제인 Alum과 PAC을 DAF에 적용시킨 결과 Alum으로 처리했을 경우 잔류탁도가 약간 더 낮은 경향을 보였다.

셋째, 수온 조건에 의한 영향을 조사하기 위해 7±2℃및 20±2℃별로 응집 ·부상실험을 실시한 결과 20±2℃가 7±2℃보다 높은 제거 효율을 보였으며, 그 차이는 약 3-10%였다.

넷째, Alum주입시 pH에 따른 변화를 보면 pH 6.5, 7.5에서 탁도 제거율이 좋았으며, 이때의 Zeta 전위는 10-20 mv 수준이었다.

이상의 연구 결과를 통해 가압부상 정수방법에 대한 이상적인 응집조건은 수온이 너무 낮지 않고, 각 탁도별 적정한 응집제 양을 주입시 pH에 밀접한 관계가 있다는 것을 알았다. 그리고 탁도 제거율이 높은 Zeta전위의 범위가 침전과는 다르게 양의 전하를 멀때인것을 알았다.

[영문]

Duringe recent years, the pollution of the river and water supply caused by accelerating industrial development has become a serious problem. Under present conditions, conventional water treatment system are not adequate in providing safe drinking water, as a result, advanced water treatment systems are emerging.

In this study, Dissolved Air Flotation(DAF), which is one of the most advanced water treatment systems will be exammined.

DAF as a clarification facility in drinking water treatment has been used in Europe, especially in Scandinavia and the United Kingdom for over 20 year. It is a much more efficient process than sedimentation for the separation of low-density particle, which causes trouble in conventional plants, especially under cold water conditions during the winter season. Edzwald et al. have developed a conceptual model for DAF. This model identifies several pre-treatment parameters(particle stability, coagulant addition and floc size) and flotation tank parameters(bubble

size and recycle flow or bubble volumn concenturation) affecting DAF performance.

In this study, we analyzed the factors influencing pre-treatment parameters, such as : concentration of synthetic water, type of chemicals, dosage of chemical aids and temperature.

The results of the research are as follows :

1. When applying to the turvidity of synthetic water, the optimal coagulant dosage exists in DAF system. When turvidity is 10, 20 and 50 degrees, the optimal dose of Alum and PAC was as follows : Alum was 1.5 - 2 Al2O3mg/L and PAC was 1 - 1.5 Al2O3mg/L

2. The efficiency of the DAF process was investigated by comparing it to the performance of precipitation process. DAF showed more effective than precipitation in treating low-turvidity water.

3. The type of coagulant, Alum and PAC, for flotation depends on synthetic water quality in the case of turvidity-causing synthethic water. Removal efficiency of Alum is better than PAC.

4. The effect of coagulation DAF performance depends on water temperature. The turvidity removal efficiency was different 표 water temperature, 20 ± 2℃ was better than 7 ± 2℃

5. pH condition is dependent for coagulation of the DAF system. At the most effective level of coagulation - DAF performance, the Zeta-potential range is 10 - 20 mv.

In these results, coagulation conditions for an effective DAF process are related by concentration of raw water, dose, type of coagulant, pH and water temperature.

The Zeta-potential range of condition under high turvidity removal rate was also measured.