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수돗물에서 미세플라스틱의 물리적 특징이 제거 효율에 미치는 효과
( Nirmal Kumar Shahi ),맹민수 ( Minsoo Maeng ),김동현 ( Donghyun Kim ),독고석 ( Eok Dockko ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
The synthetic polymer with size less than 5 mm is widely defined as microplastics (MPs). It is reported that the MPs with size smaller than 100 μm were found in higher concentration in the treated water. There is not much information available in the literature about the problems resulting from MPs and their removal characteristics from drinking water sources based on size, shape and surface morphology. The main purpose of this study was to investigate the removal behavior (i.e., shape, size and surface morphology) of MPs using a common coagulant, i.e., alum, in the drinking water treatment process, and the enhanced removal by cationic polyamine-coated (PM) sand. The synthetic water sample was prepared by mixing humic acid to represent as natural organic matter and kaolin for required turbidity in tap water. The poly-modified sand particles were achieved by mixing sand with cationic polyamine and kept for 24 h at 23℃. For measurement of MPs, fluorescent technology was chosen. After 30 min sedimentation, supernatant was collected, filtered through 5μm polycarbonate filter (black) and stained with Red Nile solution. The images were acquired and analyzed by ImageJ software. As from the result, the removal of MPs increases with the increasing dose of alum till 30 mg/L (70.7%). However, further increase in the dose leads in sharp decrease in the MPs removal. The analysis was carried out as per the size, shows lower removal of smaller size MPs (10-30 μm) for all different dose of alum. The lower removal was observed for spherical-smooth (SS) MPs, than for nonsymmetric MPs, i.e., elongated-rough (ER), elongated-smooth (FS), spherical-rough (SR) for both 20 mg L<sup>-1</sup> and 30 mg L<sup>-1</sup> alum. The modified orthokinetic flocculation reaction rate constant (k<sub>m</sub>) model was used for shape factor. The k<sub>m</sub> follows the order of FR>FS>SR>SS which is inclined with the result above. In order to enhance the removal of MPs, different dose of polyamine combined with alum and PM-sand were tested. The removal of MPs was found 92.7% and 90.2%, for alum 20 and 30 mg/L combined with PM- sand (500 mg), respectively. This research study reveals, MPs with small-spherical-smooth characteristic are hard to remove by conventional coagulant and process. The PM-sand enhanced the removal of MPs and minimizes the need of high dose of alum and sludge volume. Thus, size, shape and surface morphology of MPs play important roles in the removal of MPs from drinking water.
파일럿 규모의 미세기포 발생을 위한 저에너지형 순간가압방식 적용
김동현 ( Donghyun Kim ),( Nirmal Kumar Shahi ),이태훈 ( Taehoon Lee ),독고석 ( Seok Dockko ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
부상물질처리에 있어서 DAF는 효과적인 정수처리 기술이다 (Edzwald, 2010). 하지만 DAF의 가압탱크에서는 물과 공기를 혼합할 때 400∼600 kpa로 가압하여 운전하기 때문에 에너지 소비가 크고 전체 에너지 소비에 50%를 차지한다 (Haarhoff et al., 1995). 그래서 가업탱크가 없이 펌프와 노즐을 이용해서 미세기포를 발생시키는 micro bubble generator (MBG)가 지속적으로 연구되고 있다. MBG는 작은 부지 면적과 수월한 운영조건을 갖추고 있지만 DAF를 대체할 수 있는 기술로 입증하기에 현장에서의 운전데이터가 부족하다. 본 연구에서는 순간가압방식의 저에너지 미세기포 발생장치를 이용해서 DAF와 현장 운전 비교를 위해서 다음과 같은 연구를 진행하였다. 1) 저에너지 FPF을 이용하여 DAF와의 bubble volume concentration (BVC), 미세기포 발생 분포 특성을 확인하였다. 2) 응집제주입량, 순환율에 따른 탁도 및 유기물 제거능을 비교하였다. DAF와 FPF의 다른 압력에서 생성된 미세기포는 laser diffraction particle counting method(2400D, Chemtrac, Inc. Georgia 30093, USA)으로 측정하였으며, 5 ~ 100 ㎛의 범위에서 8개의 채널로 분석하였다. FPF의 응집제 주입량별탁도와 유기물 제거를 비교하였고 순환율을 11, 22, 33%로 구분하여 DAF와 FPF 처리수의 탁도 및 유기물의 제거에 어떠한 영향을 미치는지 비교분석하고자 한다. DAF에서는 5.5bar일 때 작은 기포의 크기에서 기포의 수가 제일 많았고 FPF 2bar일 때와 비슷하였다. 큰 기포의 수에서는 FPF의 2bar 보다는 3bar에서 더 많았으며 전체적으로 2bar 보다 3bar에서 약 12% 더 많은 기포수를 얻을 수 있었다. 순환율 비율이 증감함에 따라 DAF 및 FPF 모두 증가하는 경향을 보였으며 큰 차이는 없었다. DOC는 DAF의 경우 45 ~ 49 %, FPF는 42 ~ 47 %의 제거율을 보이며 비슷한 경향을 보였다. UV254다는 순환율 33%일 때 FPF보다 DAF에서 제거율이 약 10 % 정도 높았는데 DAF가 FPF에 비해 작은 크기의 기포의 수가 더 많은 충돌을 일으켜 제거 효율이 높아진 것으로 사료된다. 이 연구에서 사용된 DAF의 에너지 사용량은 0.125 kWh/m3로 나타났으며 FPF가 사용한 에너지 사용량은 0.056 kWh/m3 입니다. 따라서, 저에너지 FPF는 DAF와 비교할 때 약 55 % 의 에너지를 아낄 수 있다. 저에너지 FPF는 DAF를 대체할 수 있는 부상기술로 확인되었고 규모가 작은 정수장에서 저에너지 FPF를 이용하여 에너지사용량을 줄이며, 부상물질들을 효과적으로 제거가 가능하다고 사료된다.