응집 pH와 응집제 종류에 따른 유기물 제거 특성에 관한 연구

Abstract

정수공정에서 응집공정은 후속공정의 효율을 결정짓는 중요한 공정이다. 이러한 응집공정은 응집제을 주입하여 빠르게 분산시키는 급속교반공정과 응집제 첨가에 의하여 형성된 플럭을 더욱 크게 만들어주는 완속교반공정으로 이루어져 있으며 급속교반 공정은 응집공정에서 가장 중요한 역할을 한다. 응집공정에서 사용되는 응집제는 다양한 종류의 응집제가 있는데 기존에 많이 사용되고 있는 alum과 무기고분자 응집제인 PACl등이 많이 사용되고 있다. 이들 응집제는 수처리 공정에서 일반적으로 많이 사용되고 있으며 현재 그 적용범위가 요업산업, 석유정제, 촉매산업과 같은 다양한 산업으로 넓어지고 있다(Tang et al., 2004). 수처리 분야에서 응집제의 적용에 대한 연구는 많이 진행되었으며 응집제의 우수한 효과도 입증되었다. 응집공정의 특성상 응집공정에서는 화학약품의 사용은 필수적이며 Alum과 같은 Al(Ⅲ)계 응집제는 정수처리공정에서 가장 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 응집제에 관한 일반적인 이론은 평형상수 및 용해도등의 이상평형상태 (Ideal equilibrium state)에 근거하여 왔다. 그러나 응집제 첨가에 따라 수중에서 발생하는 알루미늄 수화학에 대한 이해는 아직도 많이 부족한 실정이다. 예를들어 “알루미늄계 응집제를 첨가한 경우 수중에서 발생하는 알루미늄 가수분해 반응은 어떻게 진행되는지”, “수중에 존재하는 알루미늄 가수분해종의 함량은 얼마나 되는지”, “알루미늄 가수분해종의 반응경로는 어떻게 되는지”등의 수처리 공정에서 발생하는 알루미늄 가수분해종의 반응 동역학에 대하여 해결해야 할 부분이 여전히 많이 존재하고 있다. 따라서 본 연구에서의 전체적인 연구목적은 수처리 공정중 급속교반공정에서 교반조건에 따라 발생하는 알루미늄 가수분해 반응특성과 유기물 제거특성에 대하여 살펴보고자 하였다. 세부적인 내용을 살펴보면 응집제 종류에 따라 발생하는 가수분해종 분포특성과 응집기구에 따라 생성되는 알루미늄 가수분해 반응특성을 살펴보고자 하였으며 급속교반조건과 다양한 응집조건에서 발생하는 가수분해종 분포 특성과 유기물 제거특성을 살펴보고자 하였다.

The overall objective of this research was to find out the role of rapid mixing conditions in the species of hydrolyzed Al(Ⅲ) formed by Al(Ⅲ) coagulants and to evaluate the distribution of hydrolyzed Al(Ⅲ) species by coagulant dose and coagulation pH. When an Al(Ⅲ) salt was added to water, monomers, polymers and solid precipitates may form. Different Al(Ⅲ) coagulants (alum and PSOM) show to have different Al(Ⅲ) species distribution over a rapid mixing condition. During the rapid mixing period, for alum, formation of dissolved Al(Ⅲ) (monomer and polymer) increases, but for PSOM, precipitates of Al(OH)3(s) increases rapidly. During the rapid mixing period, for high coagulant dose, Al-ferron reaction increases rapidly. At A/D and sweep condition, both Al(OH)3(s) and dissolved Al(Ⅲ) (monomer and polymer) exist, concurrent reactions by both mechanism appear to cause simultaneous precipitation. During the coagulation, substantial changes in dissolved organics must be occurred by coagulation due to the simultaneous formation of microflocs and NOM precipitates.