정수공학설계 - 군산 제2정수장 재설계 -

목차

1. 서론 및 목적

2. 군산 제2정수장의 원수 특성

3. 공정의 선택

4. 군산 제 2정수장 재설계

5. 비소처리를 위한 공정

6. 설계전후의 비교

7. 참고문헌

본문내용

95
Activated alumina
95
Reverse osmosis
>95
Modified coagulation/filtration
95
Modified lime softenig(pH>10.5)
90
Electrodialysis reversal
85
Oxdation/filtration (iron:arsenic=20:1)
80
먹는 물에서 비소를 제거하는 공정은 여러 가지가 있다. 미국 EPA에서 <표1>에서 제시한 7가지 공법을 BATs(BEST Available Technologies)로 선정하였다. 처음에 7가지 공법 중 최대 처리효율이 95% 이상인 4가지 공법(Ion exchange, Activated alumina, Reverse osmosis, Modified coagulation/filtration)을 1차 고려대상으로 선정했다. 4가지 공법 중 강의시간에 다루었던 흡착법(Activated alumina)과 응집/여과법(Modified coagulation/filtration)으로 선정범위를 좁였다.
응집/여과법(Modified coagulation/filtration)은 응집제로 우리나라에서 사용하지 않는 ferric을 사용하는 점과 여과법이 아직 강의시간에 다루어지지 않는 맴브래인을 사용하는 점을 고려해 제외하였다.
이런 과정을 거쳐 비소처리를 위한 공법으로 Alum-impregnated Acivated alumina를 흡착제로 사용하는 흡착법을 선정하였다. 특이한 사항은 흡착제로 널리 사용되는 활성탄이 아닌 활성 알루미나를 사용한다는 점이다.
(2) AA(Acivated alumina)와 AIAA(Alum-impregnated Activated alumina) 특성 비교
<표2> Properties of activated alumina and AIAA
Properties
Activated alumina(AA)
Alum-impregnated activated alumina(AIAA)
Particle size, (㎛)
82
93
Surface area(m2/g)
242
183
Pore volume(cm3/g)
0.39
0.20
(3) pH에 따른 수중 비소의 분포
[그림 1] Speciation diagram of arsenate
(by using a well known computer program 'Mineql+')
[그림 1]을 살펴보면 pH가 2.7~11.5 범위에서 H2AsO4-, HAsO42-가 높은 비율을 차지함을 알 수 있다. 대상 원수의 pH도 이 범위 안에 포함되므로 흡착을 통해 제거할 비소가 H2AsO4-, HAsO42- 형태로 존재함을 알 수 있다.
흡착과정에서 H2AsO4-, HAsO42-와 활성 알루미나 표면에 포화시킨 alum이 반응하게 된다.
Al(OH)3 + H+ + H2AsO4- → Al(OH)2-H2AsO4 + H2O
Al(OH)3 + 2H+ + HAsO42- → Al(OH)-HAsO4 + 2H2O
(4) pH에 따른 비소 흡착의 변화
[그림 2] The plot of percent removal of As(Ⅴ) as function of pH (at adsorbent dose 8g/L, fluoride concentration
10mg/l and equilibrium time 3h for AA and AIAA)
AIAA가 AA에 비해 흡착능력이 우수함을 알 수 있다. AIAA는 pH 3~8범위에 걸쳐 90% 이상의 흡착율을 나타났고 pH 7에서 최대효율을 나타났다. 이는 대상 원수의 pH범위에 해당하므로 안정적인 비소 제거가 일어나게 된다.
(5) 각 pH 조건에서 평형(상태) 농도 증가에 따른 비소(As) 흡착
[그림 3] Adsorption isotherm of As(Ⅴ) onto AIAA at pH
4,7,9 adsorbent dose 8g/l, equilibrium time 3h
[그림 3]을 살펴보면 pH 7일 때, 평형(상태) 농도 증가에 따라 흡착되는 비소 양이 급격하게 증가함을 알 수 있다.
(6) 등온 흡착식(Langmuir)
Ce : 평형(상태) 농도(mmol dm-3)
X : 평형상태에서 흡착제의 양(mmol g-1)
Kb, Xmax : 상수
pH 4, 7에서 Langmuir 등온 흡착식을 만족한다. 흡착률이 낮은 pH 9 조건은 고려하지 않았다.
※ correlation 결과
pH
correlation coefficient
4
0.9747
7
0.9589
(7) 흡착공정에서 favorability(호의도) 평가
RL
무차원 분리 인자 / 평형상태 지수
Kb
Langumirian isotherm model로부터 얻은 상수
C0
비소의 초기농도
※ 판단기준
RL > 1 : unfavorable
0< RL < 1 : unfavorable
RL = 1 : irreversible(비가역적)
연구 결과 RL 값이 비소농도가 1~25mg/l일 때, pH 4, 7 모두에서 ‘0 따라서 AIAA를 이용한 비소의 흡착은 favorable하다.
6. 설계전후의 비교
구 분
설계전
설계후
유량(m3/day)
25000
40000
침전지 3,916㎥
(8.5m×48m×3.2m×3지)
침전지 2,916㎥
(8.5m×48m×3.2m×3지)
급속여과지 210㎡
(6.0m×7.0m×5지)
급속여과지 110㎡
(6.0m×7.0m×5지)
입상활성탄 여과지 112㎡
(3.0m×9.34m×4지)
입상활성탄 여과지 62㎡
(3.0m×9.34m×4지)
정수지 1,770㎥
(15.9m×37.2m×3.0m)
정수지 970㎥
(15.9m×37.2m×3.0m)
7. 참고문헌
1) 군산시청 홈페이지 http://www.gunsan.go.kr/
2) Arsenic removal by coagulation and filtration: comparison of groundwaters from the United
States and Bangladesh, S.R. Wlckramaslnghe , Binbing Han a, J. Zimbron b, Z. Shen c, M.N.
Karim~(2003)

키워드

정수,   정수 공학,   정수장,   정수 설계