가압펌프 단독형 미세기포 발생장치의 기초 운전특성

양하연 ( Yang Hayeon ),이성규 ( Lee Seongkyu ),장여주 ( Jang Yeoju ),박나리 ( Park Nari ),장향연 ( Chang Hyangyoun ),임현만 ( Lim Hyunman ),김원재 ( Kim Weonjae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

여러 환경분야에서 부상분리공정(Dissolved Air Flotation,DAF)의 활용이 확대되고 있다. DAF 공정의 핵심설비라고 할 수 있는 기존 미세기포 발생장치는 장치의 구성이 복잡하여 운전 및 유지관리가 쉽지 않고, 고가여서 소규모 사업자가 사용하기에 많은 어려움이 따른다. 따라서 본 연구에서는 이를 대체할 수 있는 고효율·저비용의 미세기포 발생장치를 개발하고자 하였다. 이 미세기포 발생장치는 ① 공기 자흡식 구조를 갖고 있어 별도의 콤프레서 설비가 필요치 않고, ② 공기가압탱크(AST; Air Saturation Tank) 내 압력 및 수위조절 기구가 없으며, ③ 물과 공기가 AST의 하부로부터 상부로 수류방향 (co-current flow)으로 흐르면서 포화농도까지 용해되는 특징이 있기 때문에, 구조가 매우 단순하고, 유지관리가 용이하며, 제조 및 운전비용이 저렴한 것이 장점이다. 가압펌프는 SPCO(社) VMC 5-9 모델(3상, 3.75 kW, 380 V, 60 Hz)을 사용하였으며, AST는 120 mmW × 360 mmL × 750 mmH(내부용적: 32.4 L)의 규격으로 제작하였다. 본 연구에서는 유입유량, 공기주입량, 공기물비(BVC; Bubble Volume Concentration), 운전압력, 미세기포 입경분포 및 소비전력 등 새로 개발한 미세기포 발생장치의 기초적 운전특성을 분석하였다. 이를 바탕으로 미세기포가 안정적이고 에너지 효율적으로 생성되는 최적 운전조건(유입유량, 공기주입량 및 운전압력)을 결정하였다. 운전압력을 3 kgf/cm²에서 7 kgf/cm²까지 증가시킴과 동시에 공기주입량을 2 L/min에서 최대주입량까지 변화시키면서 해당 조건별 적정 공기주입량을 산정하였다. 운전압력이 증가함에 따라 유입유량은 3 - 6 kgf/cm²의 조건에서 약 74 - 57 L/min의 범위를 유지하였으며, 7 kgf/cm²의 조건에서 42 - 39 L/min으로 급감하였다. 설정된 압력에서의 최대주입량은 10분간 미세기포 발생장치를 가동시켰을 때 지름 1 cm 이상의 거대기포가 발생하지 않는 최대의 공기량으로 정의하였다. 실험 결과, 3 kgf/cm²의 조건에서는 공급된 공기의 용해율이 낮을 뿐만 아니라 대기압 조건에서 미세기포의 발생이 원활치 않았고, 4 - 5 kgf/cm²의 운전압력 조건에서는 평균 7%의 공기가 용존가능하였으며, 그 비율을 9% 이상으로 올리기 위해서는 6 kgf/cm² 이상의 압력이 필요하였다. 운전압력 6 kgf/cm²에서 최대주입량은 5.0 L/min(유입유량: 57.6 L/min), 7 kgf/cm²에서 4.0 L/min (유입유량: 40.4 L/min)로 분석되었으며(BVC는 각각 8.7%, 9.9%), 주입된 공기 전량이 용해된 후 후단의 대기압 조건에서 안정적으로 미세기포로 전환되었다. 따라서, 유입유량과 BVC를 동시에 고려했을 때, 미세기포 발생효율을 제고하기 위한 가압펌프 단독형 미세기포 발생장치의 적정 유입유량은 약 57 - 68 L/min, 공기주입량은 약 4.0 - 4.5 L/min, 운전압력은 4 - 6 kgf/cm²의 범위인 것으로 판단된다.

가압펌프 단독형 미세기포 발생장치의 기초 운전특성

양하연 ( Yang Hayeon ),이성규 ( Lee Seongkyu ),장여주 ( Jang Yeoju ),박나리 ( Park Nari ),장향연 ( Chang Hyangyoun ),임현만 ( Lim Hyunman ),김원재 ( Kim Weonjae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

여러 환경분야에서 부상분리공정(Dissolved Air Flotation,DAF)의 활용이 확대되고 있다. DAF 공정의 핵심설비라고 할 수 있는 기존 미세기포 발생장치는 장치의 구성이 복잡하여 운전 및 유지관리가 쉽지 않고, 고가여서 소규모 사업자가 사용하기에 많은 어려움이 따른다. 따라서 본 연구에서는 이를 대체할 수 있는 고효율·저비용의 미세기포 발생장치를 개발하고자 하였다. 이 미세기포 발생장치는 ① 공기 자흡식 구조를 갖고 있어 별도의 콤프레서 설비가 필요치 않고, ② 공기가압탱크(AST; Air Saturation Tank) 내 압력 및 수위조절 기구가 없으며, ③ 물과 공기가 AST의 하부로부터 상부로 수류방향 (co-current flow)으로 흐르면서 포화농도까지 용해되는 특징이 있기 때문에, 구조가 매우 단순하고, 유지관리가 용이하며, 제조 및 운전비용이 저렴한 것이 장점이다. 가압펌프는 SPCO(社) VMC 5-9 모델(3상, 3.75 kW, 380 V, 60 Hz)을 사용하였으며, AST는 120 mmW × 360 mmL × 750 mmH(내부용적: 32.4 L)의 규격으로 제작하였다. 본 연구에서는 유입유량, 공기주입량, 공기물비(BVC; Bubble Volume Concentration), 운전압력, 미세기포 입경분포 및 소비전력 등 새로 개발한 미세기포 발생장치의 기초적 운전특성을 분석하였다. 이를 바탕으로 미세기포가 안정적이고 에너지 효율적으로 생성되는 최적 운전조건(유입유량, 공기주입량 및 운전압력)을 결정하였다. 운전압력을 3 kgf/cm²에서 7 kgf/cm²까지 증가시킴과 동시에 공기주입량을 2 L/min에서 최대주입량까지 변화시키면서 해당 조건별 적정 공기주입량을 산정하였다. 운전압력이 증가함에 따라 유입유량은 3 - 6 kgf/cm²의 조건에서 약 74 - 57 L/min의 범위를 유지하였으며, 7 kgf/cm²의 조건에서 42 - 39 L/min으로 급감하였다. 설정된 압력에서의 최대주입량은 10분간 미세기포 발생장치를 가동시켰을 때 지름 1 cm 이상의 거대기포가 발생하지 않는 최대의 공기량으로 정의하였다. 실험 결과, 3 kgf/cm²의 조건에서는 공급된 공기의 용해율이 낮을 뿐만 아니라 대기압 조건에서 미세기포의 발생이 원활치 않았고, 4 - 5 kgf/cm²의 운전압력 조건에서는 평균 7%의 공기가 용존가능하였으며, 그 비율을 9% 이상으로 올리기 위해서는 6 kgf/cm² 이상의 압력이 필요하였다. 운전압력 6 kgf/cm²에서 최대주입량은 5.0 L/min(유입유량: 57.6 L/min), 7 kgf/cm²에서 4.0 L/min (유입유량: 40.4 L/min)로 분석되었으며(BVC는 각각 8.7%, 9.9%), 주입된 공기 전량이 용해된 후 후단의 대기압 조건에서 안정적으로 미세기포로 전환되었다. 따라서, 유입유량과 BVC를 동시에 고려했을 때, 미세기포 발생효율을 제고하기 위한 가압펌프 단독형 미세기포 발생장치의 적정 유입유량은 약 57 - 68 L/min, 공기주입량은 약 4.0 - 4.5 L/min, 운전압력은 4 - 6 kgf/cm²의 범위인 것으로 판단된다.

가압펌프 단독형 미세기포 발생장치의 기초 운전특성

양하연 ( Yang Hayeon ),이성규 ( Lee Seongkyu ),장여주 ( Jang Yeoju ),박나리 ( Park Nari ),장향연 ( Chang Hyangyoun ),임현만 ( Lim Hyunman ),김원재 ( Kim Weonjae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

여러 환경분야에서 부상분리공정(Dissolved Air Flotation,DAF)의 활용이 확대되고 있다. DAF 공정의 핵심설비라고 할 수 있는 기존 미세기포 발생장치는 장치의 구성이 복잡하여 운전 및 유지관리가 쉽지 않고, 고가여서 소규모 사업자가 사용하기에 많은 어려움이 따른다. 따라서 본 연구에서는 이를 대체할 수 있는 고효율·저비용의 미세기포 발생장치를 개발하고자 하였다. 이 미세기포 발생장치는 ① 공기 자흡식 구조를 갖고 있어 별도의 콤프레서 설비가 필요치 않고, ② 공기가압탱크(AST; Air Saturation Tank) 내 압력 및 수위조절 기구가 없으며, ③ 물과 공기가 AST의 하부로부터 상부로 수류방향 (co-current flow)으로 흐르면서 포화농도까지 용해되는 특징이 있기 때문에, 구조가 매우 단순하고, 유지관리가 용이하며, 제조 및 운전비용이 저렴한 것이 장점이다. 가압펌프는 SPCO(社) VMC 5-9 모델(3상, 3.75 kW, 380 V, 60 Hz)을 사용하였으며, AST는 120 mmW × 360 mmL × 750 mmH(내부용적: 32.4 L)의 규격으로 제작하였다. 본 연구에서는 유입유량, 공기주입량, 공기물비(BVC; Bubble Volume Concentration), 운전압력, 미세기포 입경분포 및 소비전력 등 새로 개발한 미세기포 발생장치의 기초적 운전특성을 분석하였다. 이를 바탕으로 미세기포가 안정적이고 에너지 효율적으로 생성되는 최적 운전조건(유입유량, 공기주입량 및 운전압력)을 결정하였다. 운전압력을 3 kgf/cm²에서 7 kgf/cm²까지 증가시킴과 동시에 공기주입량을 2 L/min에서 최대주입량까지 변화시키면서 해당 조건별 적정 공기주입량을 산정하였다. 운전압력이 증가함에 따라 유입유량은 3 - 6 kgf/cm²의 조건에서 약 74 - 57 L/min의 범위를 유지하였으며, 7 kgf/cm²의 조건에서 42 - 39 L/min으로 급감하였다. 설정된 압력에서의 최대주입량은 10분간 미세기포 발생장치를 가동시켰을 때 지름 1 cm 이상의 거대기포가 발생하지 않는 최대의 공기량으로 정의하였다. 실험 결과, 3 kgf/cm²의 조건에서는 공급된 공기의 용해율이 낮을 뿐만 아니라 대기압 조건에서 미세기포의 발생이 원활치 않았고, 4 - 5 kgf/cm²의 운전압력 조건에서는 평균 7%의 공기가 용존가능하였으며, 그 비율을 9% 이상으로 올리기 위해서는 6 kgf/cm² 이상의 압력이 필요하였다. 운전압력 6 kgf/cm²에서 최대주입량은 5.0 L/min(유입유량: 57.6 L/min), 7 kgf/cm²에서 4.0 L/min (유입유량: 40.4 L/min)로 분석되었으며(BVC는 각각 8.7%, 9.9%), 주입된 공기 전량이 용해된 후 후단의 대기압 조건에서 안정적으로 미세기포로 전환되었다. 따라서, 유입유량과 BVC를 동시에 고려했을 때, 미세기포 발생효율을 제고하기 위한 가압펌프 단독형 미세기포 발생장치의 적정 유입유량은 약 57 - 68 L/min, 공기주입량은 약 4.0 - 4.5 L/min, 운전압력은 4 - 6 kgf/cm²의 범위인 것으로 판단된다.

Poly(1-vinylpyrrolidone-co-vinyl acetate)를 이용한 나노영가철의 소수성 유기용매 친화성 향상

홍정민(Jeongmin Hong),양하연(Hayeon Yang),차태연(Taeyeon Cha),서영교(Younggyo Seo),황유훈(Yuhoon Hwang) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회지 Vol.42 No.9

목적 : 상업부지, 주택부지 등에서 기준치를 뛰어넘은 유기 오염물질이 검출되어 토양 및 지하수 오염의 심각성이 커지고 있다. 특히 지중 소수성 유기오염물질인 NAPL (Non-aqueous phase liquids)은 물에 섞이지 않아 기존 토양복원기술로 제거가 어렵다. 또한 장기간에 걸쳐 서서히 지하수층으로 용해되어 지하수를 오염시킨다. 토양・지하수복원을 위해 NAPL 제거 필요성이 커지게 되면서 지중 내 다양한 오염물질 처리에 널리 사용되는 나노 소재인 나노영가철(nanoscale zero valent iron; nZVI)에 대한 관심도 커지고 있다. 그러나 nZVI는 낮은 분산성으로 지중에서 이동성이 저하되는 문제를 가지고 있다. 본 연구에서는 nZVI의 이동성을 향상시키는 동시에, NAPL에 선택적으로 이동하게 하도록 친수성 및 소수성 말단을 동시에 가지고 있는 poly(1-vinylpyrrolidone-co-vinyl acetate) (PVP/VA) 로 표면 개질하였다. 방법 : PVP/VA 존재하에서 FeSO4·7H2O와 NaBH4의 반응을 통하여 PVP/VA로 표면 개질된 nZVI를 합성하였다. 합성 소재의 분산성을 확인하기 위하여 가시광선 분광기를 이용하여 침전실험을 실시하였으며, 모래 충진 컬럼에서의 이동성을 평가하였다. 또한 투과전자현미경을 사용하여 PVP/VA 존재 유무에 따른 입자의 크기 및 특성의 변화를 관찰하였다. 다른 PVP/VA 비율을 가지는 nZVI를 이용한 질산성 질소 환원능 평가를 통하여 분산도 향상에 따른 반응성의 변화를 관찰하였다. NAPL에 대한 선택적 이동성을 확인하기 위하여 트리클로로에틸렌 및 도데케인을 이용하여 PVP/VA 유무에 따른 이동을 평가하였다. 최종적으로 다공성 매질에서의 NAPL에 대한 선택적 이동성을 파악하기 위하여 도데케인이 흡수된 스펀지 층을 통과하는 nZVI의 비율을 평가하였다. 결과 및 토의 : PVP/VA-nZVI 합성 소재의 분산성은 합성 전과 후가 큰 차이 없었으나, 투과전자현미경을 통하여 얻어진 입자의 크기는 감소하는 것으로 평가되었다. 다공성 매질에서의 이동성은 PVP/VA 개질에 따라 크게 향상되는 것으로 나타났다. 또한 PVP/VA로 개질하였을 시에 질산성 질소의 환원 속도가 향상되는 것으로 보아, 작은 입경을 가지도록 유도하는 PVP/VA의 효과를 확인할 수 있었다. 트리클로로에틸렌 및 도데케인을 이용한 NAPL에 대한 선택적 이동성 평가 결과, PVP/VA에 의하여 소수성 오염물질에 대한 친화도가 향상되어, nZVI가 NAPL 층으로 선택적으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 컬럼을 통해 수행한 PVP/VA-nZVI 합성 소재의 이동성 확인 실험 결과, NAPL인 도데케인이 존재한 컬럼의 Fe 제거율은 98.55%고 dodecane이 없는 컬럼은 88.16%로 PVP/VA-nZVI가 컬럼내에서 이동하다가 도데케인에 선택적으로 부착되는 것을 확인할 수 있었다. 결론 : 친수성과 소수성 말단을 동시에 보유하고 있는 PVP/VA를 이용하여 nZVI의 표면을 개질함으로써 더 작고 고른 입도를 가지는 nZVI를 합성할 수 있었으며, 이를 통하여 다공성 매질에서의 높은 이동성 및 오염물질과의 높은 반응성을 확보할 수 있었다. 또한, PVP/VA의 친수성 및 소수성 성질에 따라 소수성 유기용매인 NAPL에 대한 친화도를 높여 nZVI가 NAPL 층으로 이동할 수 있도록 유도하였다. 이를 통하여 토양으로 nZVI를 주입할 때, 표적이 되는 NAPL 층으로의 이동을 촉진하여 토양 정화 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 기대할 수 있다. Objectives : Levels of organic contaminants in excess of the standard minimum have been detected in many commercial and residential sites, and the severity of soil and groundwater pollution is increasing. In particular, non-aqueous phase liquids (NAPLs) are hydrophobic organic pollutants that do not mix with water and are difficult to remove with existing soil remediation technology. These pollutants slowly dissolve into the groundwater over long periods of time, thus contaminating the groundwater. With the increasing need to remove NAPLs for soil and groundwater remediation, widespread interest has focused on the use of nanoscale zero valent iron (nZVI). However, nZVI has the disadvantage of reduced subsurface mobility. Hence, in the present study, the nZVI surface is modified with poly(1-vinylpyrrolidone-co-vinyl acetate) (PVP/VA), which has both hydrophilic and hydrophobic groups, to improve the mobility and selectivity of nZVI for the removal of NAPL. Methods : The PVP/VA modified nZVI is synthesized through the reaction of FeSO₄・7H₂O and NaBH₄ in the presence of PVP/VA. To confirm the dispersibility of the prepared material, a precipitation experiment is performed using a visible light spectrometer, and the mobility through a sand-filled column is evaluated. In addition, the variation in particle size and characteristics according to the presence of PVP/VA is examined via transmission electron microscopy. The nitrate reduction ability of nZVI with PVP/VA is also evaluated to reveal changes in reactivity depending upon the degree of dispersion. To confirm the selective mobility towards NAPL, trichloroethylene and dodecane are used to evaluate the mobility with and without PVP/VA. Finally, the ratio of nZVI passing through the sponge layer absorbing dodecane is evaluated to determine the selective mobility towards NAPL in the porous medium. Results and Discussion : Although the dispersibility of the PVP/VA-nZVI is not significantly changed, the particle size is significantly decreased. Both the mobility in porous media and the nitrate reduction rate are improved via PVP/VA modification. The affinity for hydrophobic contaminants and the selective migration of PVP/VA-nZVI towards the NAPL layer are also improved. The high affinity for the NAPL was also shown by the column with NAPL layer. Conclusions : Surface-modification with PVP/VA, which has both hydrophilic and hydrophobic ends, enabled the synthesis of nZVI with a smaller and more uniform particle size, thus providing high mobility in porous media and high reactivity towards contaminants. The combined hydrophilicity and hydrophobicity of PVP/VA is shown to increase the affinity of nZVI towards NAPL and, thus, promote its migration to the NAPL layer. Thus, it is anticipated that the efficiency of soil remediation can be improved by promoting the movement of nZVI towards the target NAPL layer.

Combinatorial Treatments Of Peracetic Acid, Vanillin, And Apocyanin Suppressed Photoreactivation Of Uvc Disinfected E. Coli

Min Cho(조민),Yeongseok Seo(서영석),Hyunjoo Kang(강현주),Minseok Kang(강민석),Hayeon Yang(양하연),Kangmin Kim(김강민) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11