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폐수재이용을 위한 RO 공정 전처리시 Lime-Soda 연수화 공정 운영 특성
권순범 ( Kwon Soonbuhm ),김수진 ( Kim Sujin ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
최근 국내에서 하천 상류의 일부 오염물질로 인해 상수원 수질에 악영향을 미치는 경우가 발견되면서 공공 폐수처리장에서 발생하는 방류수를 수계내로 유출하지 않도록 하는 ZLD(폐수무방류)에 대한 관심이 높아지고 있다. ZLD를 위해 공공폐수처리장에서 발생하는 방류수를 공업용수로 재이용하고 RO 농축수를 증발결정화 공정으로 처리하여야 한다. 이에 따라 막오염을 저감을 위해 연수화 공정을 전처리로 하여 공공폐수처리장의 방류수 내 경도 물질 제거 특성을 확인하고자 하였다. D지역 공공폐수처리장의 방류수를 사용하였으며, 연수화 실험은 jar-test 및 72m<sup>3</sup>/day 규모의 실증플랜트에서 실시하였다. jar-test에 사용된 기기는 Phipps and Bird(PB-900)이며, 연수화 공정에 사용된 약품은 응집제 PAC(Poly Aluminium Chloride), Lime(Ca(OH)<sub>2</sub>), Soda(Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)이다. 최적 약품 주입량 산정을 위해 Lime 주입농도 10, 20, 30, 40, 50 mg/L, Soda 주입농도 200, 250, 300, 350, 400 mg/L, PAC 주입농도 50, 75, 100, 125, 150 mg/L의 조건에서 실험을 진행하였다. 그 결과, Lime 30, Soda 300, PAC 125 mg/L로 주입량을 산정하였으며 이때 총경도 및 칼슘경도의 제거율은 각각 59.3, 69.8 %로 나타났으며, 탁도의 경우 7.36 NTU로 나타났다. 또한 연수화로 인해 높아진 pH로 인한 RO 막오염을 방지하기 위한 최적 염산 주입량은 82.6 mg/L로 이때 pH는 6.16이다. 위 실험결과를 바탕으로 실증플랜트에서 연속 운전하여 연수화 유무에 따른 RO 농축수를 비교한 결과, 연수화를 한 경우 약 2배 낮은 총경도 및 칼슘경도를 나타내었다. 결론적으로 ZLD를 위한 RO의 전처리로 연수화 공정을 운영하면 경도 물질로 인한 RO 막오염을 저감할 수 있을 것으로 사료되며 후에 증발결정화 공정 시 스케일 물질을 저감할 수 있을 것으로 예상된다.
폐수재이용을 위한 RO 공정 전처리시 Lime-Soda 연수화 공정 운영 특성
권순범 ( Kwon Soonbuhm ),김수진 ( Kim Sujin ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
최근 국내에서 하천 상류의 일부 오염물질로 인해 상수원 수질에 악영향을 미치는 경우가 발견되면서 공공 폐수처리장에서 발생하는 방류수를 수계내로 유출하지 않도록 하는 ZLD(폐수무방류)에 대한 관심이 높아지고 있다. ZLD를 위해 공공폐수처리장에서 발생하는 방류수를 공업용수로 재이용하고 RO 농축수를 증발결정화 공정으로 처리하여야 한다. 이에 따라 막오염을 저감을 위해 연수화 공정을 전처리로 하여 공공폐수처리장의 방류수 내 경도 물질 제거 특성을 확인하고자 하였다. D지역 공공폐수처리장의 방류수를 사용하였으며, 연수화 실험은 jar-test 및 72m<sup>3</sup>/day 규모의 실증플랜트에서 실시하였다. jar-test에 사용된 기기는 Phipps and Bird(PB-900)이며, 연수화 공정에 사용된 약품은 응집제 PAC(Poly Aluminium Chloride), Lime(Ca(OH)<sub>2</sub>), Soda(Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)이다. 최적 약품 주입량 산정을 위해 Lime 주입농도 10, 20, 30, 40, 50 mg/L, Soda 주입농도 200, 250, 300, 350, 400 mg/L, PAC 주입농도 50, 75, 100, 125, 150 mg/L의 조건에서 실험을 진행하였다. 그 결과, Lime 30, Soda 300, PAC 125 mg/L로 주입량을 산정하였으며 이때 총경도 및 칼슘경도의 제거율은 각각 59.3, 69.8 %로 나타났으며, 탁도의 경우 7.36 NTU로 나타났다. 또한 연수화로 인해 높아진 pH로 인한 RO 막오염을 방지하기 위한 최적 염산 주입량은 82.6 mg/L로 이때 pH는 6.16이다. 위 실험결과를 바탕으로 실증플랜트에서 연속 운전하여 연수화 유무에 따른 RO 농축수를 비교한 결과, 연수화를 한 경우 약 2배 낮은 총경도 및 칼슘경도를 나타내었다. 결론적으로 ZLD를 위한 RO의 전처리로 연수화 공정을 운영하면 경도 물질로 인한 RO 막오염을 저감할 수 있을 것으로 사료되며 후에 증발결정화 공정 시 스케일 물질을 저감할 수 있을 것으로 예상된다.
폐수재이용을 위한 RO 공정 전처리시 Lime-Soda 연수화 공정 운영 특성
권순범 ( Kwon Soonbuhm ),김수진 ( Kim Sujin ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
최근 국내에서 하천 상류의 일부 오염물질로 인해 상수원 수질에 악영향을 미치는 경우가 발견되면서 공공 폐수처리장에서 발생하는 방류수를 수계내로 유출하지 않도록 하는 ZLD(폐수무방류)에 대한 관심이 높아지고 있다. ZLD를 위해 공공폐수처리장에서 발생하는 방류수를 공업용수로 재이용하고 RO 농축수를 증발결정화 공정으로 처리하여야 한다. 이에 따라 막오염을 저감을 위해 연수화 공정을 전처리로 하여 공공폐수처리장의 방류수 내 경도 물질 제거 특성을 확인하고자 하였다. D지역 공공폐수처리장의 방류수를 사용하였으며, 연수화 실험은 jar-test 및 72m<sup>3</sup>/day 규모의 실증플랜트에서 실시하였다. jar-test에 사용된 기기는 Phipps and Bird(PB-900)이며, 연수화 공정에 사용된 약품은 응집제 PAC(Poly Aluminium Chloride), Lime(Ca(OH)<sub>2</sub>), Soda(Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)이다. 최적 약품 주입량 산정을 위해 Lime 주입농도 10, 20, 30, 40, 50 mg/L, Soda 주입농도 200, 250, 300, 350, 400 mg/L, PAC 주입농도 50, 75, 100, 125, 150 mg/L의 조건에서 실험을 진행하였다. 그 결과, Lime 30, Soda 300, PAC 125 mg/L로 주입량을 산정하였으며 이때 총경도 및 칼슘경도의 제거율은 각각 59.3, 69.8 %로 나타났으며, 탁도의 경우 7.36 NTU로 나타났다. 또한 연수화로 인해 높아진 pH로 인한 RO 막오염을 방지하기 위한 최적 염산 주입량은 82.6 mg/L로 이때 pH는 6.16이다. 위 실험결과를 바탕으로 실증플랜트에서 연속 운전하여 연수화 유무에 따른 RO 농축수를 비교한 결과, 연수화를 한 경우 약 2배 낮은 총경도 및 칼슘경도를 나타내었다. 결론적으로 ZLD를 위한 RO의 전처리로 연수화 공정을 운영하면 경도 물질로 인한 RO 막오염을 저감할 수 있을 것으로 사료되며 후에 증발결정화 공정 시 스케일 물질을 저감할 수 있을 것으로 예상된다.
김지혜 ( Kim Jihye ),신연정 ( Shin Yeon-jeong ),권순범 ( Kwon Soonbuhm ),임재림 ( Lim Jaelim ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
물 부족 문제가 심각해짐에 따라 다양한 대체수자원을 활용한 안정적인 수자원 확보의 중요성이 지속해서 강조되고 있다. 특히, 무한한 자원인 해수를 활용하는 해수담수화 기술, 하천 오염부하 저감과 물 확보를 동시에 충족하는 하·폐수 재이용 기술 등이 크게 관심을 얻고 있다. 해수담수화 및 공업용수 공급 목적의 하·폐수 재이용 시설의 경우 역삼투법(Reverse osmosis, RO)이 주 공정으로 활용된다. 이 때, 분리막 공정의 특성상 역삼투 공정에서 막오염은 피할 수 없는 현상이기 때문에, 막오염 영향을 고려한 성능분석 및 예측은 매우 중요하다. 역삼투 공정의 성능을 모사하는 모델은 이론 기반의 모델과 데이터 기반의 모델로 나눠지며, 데이터 기반 모델은 대표적으로 다음과 같다; (1) J(t)=J0/(1+2φJ0t)<sup>1/2</sup>, (2) f(x)=x<sup>m</sup>, (3) f(x)=a*exp[b/(x+c)], (4) f(x)=α*exp(-x/β)+γ*exp(-x/n). 역삼투 공정의 원수 수질 및 운전 조건에 따라 모델 적합도에 차이가 있을 수 있으므로, 조건에 맞는 정확한 모델 선정이 중요하다. 본 연구에서는 해수, 해수와 다양한 수원(정수장 침전수, 폐수방류수, 대호지 침전수)의 혼합수, 폐수방류수, 폐수방류수 농축수를 원수로 Lab-scale 역삼투 평막 장치에서 성능평가 한 실험 데이터를 활용하여 역삼투 성능모델의 정확도 비교 분석하였다. 실험 데이터를 위의 4가지 모델에 적용하여 정확도를 분석한 결과, 3, 4번 모델식이 각각 정확도(R<sup>2</sup>) 0.70 이상으로 높게 나타났으며, 1, 2번 모델식은 각각 평균 정확도 0.60 이하로 확인되었다. Lab-scale 실험 장치에서 장기간(7일) 평가한 데이터를 4가지 모델과 비교한 결과에서도 3, 4번 모델식이 정확도 0.8 이상으로 높게 나타났다. 따라서, 데이터 기반의 역삼투 공정 성능예측 모델 중 역삼투 성능모사를 위해 적합한 모델은 3번과 4번 모델로 판단되며, 비슷한 수준의 정확도를 보이면서 피팅 계수가 적은 3번 모델이 더 적합한 모델이라 사료된다.
김지혜 ( Kim Jihye ),신연정 ( Shin Yeon-jeong ),권순범 ( Kwon Soonbuhm ),임재림 ( Lim Jaelim ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
물 부족 문제가 심각해짐에 따라 다양한 대체수자원을 활용한 안정적인 수자원 확보의 중요성이 지속해서 강조되고 있다. 특히, 무한한 자원인 해수를 활용하는 해수담수화 기술, 하천 오염부하 저감과 물 확보를 동시에 충족하는 하·폐수 재이용 기술 등이 크게 관심을 얻고 있다. 해수담수화 및 공업용수 공급 목적의 하·폐수 재이용 시설의 경우 역삼투법(Reverse osmosis, RO)이 주 공정으로 활용된다. 이 때, 분리막 공정의 특성상 역삼투 공정에서 막오염은 피할 수 없는 현상이기 때문에, 막오염 영향을 고려한 성능분석 및 예측은 매우 중요하다. 역삼투 공정의 성능을 모사하는 모델은 이론 기반의 모델과 데이터 기반의 모델로 나눠지며, 데이터 기반 모델은 대표적으로 다음과 같다; (1) J(t)=J0/(1+2φJ0t)<sup>1/2</sup>, (2) f(x)=x<sup>m</sup>, (3) f(x)=a*exp[b/(x+c)], (4) f(x)=α*exp(-x/β)+γ*exp(-x/n). 역삼투 공정의 원수 수질 및 운전 조건에 따라 모델 적합도에 차이가 있을 수 있으므로, 조건에 맞는 정확한 모델 선정이 중요하다. 본 연구에서는 해수, 해수와 다양한 수원(정수장 침전수, 폐수방류수, 대호지 침전수)의 혼합수, 폐수방류수, 폐수방류수 농축수를 원수로 Lab-scale 역삼투 평막 장치에서 성능평가 한 실험 데이터를 활용하여 역삼투 성능모델의 정확도 비교 분석하였다. 실험 데이터를 위의 4가지 모델에 적용하여 정확도를 분석한 결과, 3, 4번 모델식이 각각 정확도(R<sup>2</sup>) 0.70 이상으로 높게 나타났으며, 1, 2번 모델식은 각각 평균 정확도 0.60 이하로 확인되었다. Lab-scale 실험 장치에서 장기간(7일) 평가한 데이터를 4가지 모델과 비교한 결과에서도 3, 4번 모델식이 정확도 0.8 이상으로 높게 나타났다. 따라서, 데이터 기반의 역삼투 공정 성능예측 모델 중 역삼투 성능모사를 위해 적합한 모델은 3번과 4번 모델로 판단되며, 비슷한 수준의 정확도를 보이면서 피팅 계수가 적은 3번 모델이 더 적합한 모델이라 사료된다.