Effect of Coagulated Flocs Broken by the Pressure Pump on Removal Rate and Membrane Fouling of Pressurized MF process

DOI: http://dx.doi.org/10.14579/MEMBRANE_JOURNAL.2013.23.6.460

가압펌프에 의해 해체된 플럭이 가압식 막여과 공정의 제거효율 및 막오염에 미치는 영향

김 준 현⋅문 백 수⋅박 종 수⋅조 윤 호*

⋅김 진 호*

인천광역시 상수도사업본부 수질연구소, *(주)에코니티

(2013년 12월 16일 접수, 2013년 12월 23일 수정, 2013년 12월 24일 채택)

Effect of Coagulated Flocs Broken by the Pressure Pump on Removal Rate and Membrane Fouling of Pressurized MF process

Junhyun Kim, Baeksu Moon, Jongsu Park, Yoonho Cho*

, and Jinho Kim*

Water Quality Research Center, Waterworks Headquarters, Incheon Metropolitan City

*ECONITY Co., Ltd.

(Received December 16, 2013, Revised December 23, 2013, Accepted December 24, 2013)

요 약: 가압식 MF공정의 전처리공정으로 침전지가 없는 혼화/응집공정에서 적정응집제 투입농도선정 및 유기물 제거성

능을 평가하였다. 전처리 공정에서 생성된 플럭이 가압펌프의 임펠러에 의해 해체됨을 확인하였으며 원수탁도가 10 NTU 이 하로 유입이 될 때, 혼화/응집조와 펌프후단에서 플럭형성을 위한 최적응집제 투입량은 4 mg/L (as PACl 17%)이었다. 이때 의 DOC 제거율은 평균 43%이었으며, 응집제투입량을 계속적으로 증가시켜 8 mg/L (as PACl 17%)로 투입을 하였을 때, DOC 제거율은 평균 48%를 나타내어 제거율은 크게 개선되지 않았다. 전처리가 없는 PVDF 가압식 MF공정의 TMP는 0.54 bar에서 운영이 되었으며, 혼화/응집 전처리 공정을 적용하여 운영 시 TMP는 0.41 bar로 안정적인 운영이 가능하였다.

Abstract: This study reviewed optimum dosage rate of coagulant and ability to remove dissolved organic carbon without sedimentation in conventional water purification plant. It was confirmed that floc formated by pre-treatment process was bro- ken by impeller of booster pump. Optimum dosage rate of coagulant was 4 mg/L (as PACl 17%) for floc formation through blend, coagulation and after passing through the pump when turbidity of raw water was less than 10 NTU. And average re- moval rate of dissolved organic carbon was 43% at that time. Maximum removal rate of dissolved organic carbon was 48%, even though coagulation rate was increased gradually until 8 mg/L (as PACl 17%). So removal rate of dissolved organic carbon is not much improved even if dosage rage of coagulant increase. TMP of PVDF (polyvinylidene flouride) pressurized MF process without pre-treatment operated at 0.54 bar and TMP of PVDF pressurized MF process with pre-treatment oper- ated at 0.41 bar.

Keywords: PVDF pressurized membrane, coagulation, flocculation, NOM (Natural organic matter)

1. 서 론

1)

정밀여과(Microfiltration, MF) 및 한외여과(Ultrafiltra- tion, UF) 를 이용한 막여과 공정은 탁질 및 병원성미생 물과 바이러스 등을 효과적으로 제거하여, 안정적인 수 질이 확보가능 한 기술이다[1-4]. 그러나 분리막의 공극 보다 작은 입자와 용존성의 자연유기물질(Natural or- ganic matter, NOM) 은 정밀여과 및 한외여과의 단독공

†교신저자(e-mail: [email protected])

정에서 효과적인 제거를 기대하기 어렵다[5]. 자연유기

물질은 막의 표면과 공극에서 오염을 유발시키며, 결과

적으로 막오염은 막여과시설의 운전압력의 증가와 약

품세척 횟수의 증가 등의 운영상 문제점이 발생된다

[5-7]. 또한 정수처리공정의 염소소독공정에서 잔류된

염소와 자연유기물질이 반응하여 소독부산물(Disinfec-

tion By Products, DBPs) 이 생성된다[8,9]. 소독부산물

은 발암성 물질로 알려져 있으며, Kim 등(2007)과 Kim

등(2004)은 대한민국의 정수처리시설에서 유기물과 소

Parameter Unit Min-Max(Average) Turbidity NTU 1.26～727 (18.28)

pH 7.2～7.7 (7.5)

SS mg/L 1.4～866 (22.11)

TOC mg/L 1.53 ～16.5 (2.44) DOC mg/L 1.39～3.26 (2.10) UV

cm

0.03～0.08 (0.06) SUVA L/mg ‧ m 1.37～3.36 (1.78) Fe mg/L 0.001 ～0.34 (0.12) Mn mg/L 0.001～0.05 (0.015)

* ( )is aveage value

Table 1. Raw Water Quality Data Measured During the Operate Period (2012.10~2013.09)

Range (NTU) The number of

detected Distribution ratio(%)

Down to 10 37,251 77.6

10～20 3,913 8.2

20 ～100 5,213 10.9

UP to 100 1,607 3.3

Total 47,984 100

Table 2. The Turbidity Distribution Ratio of the Raw Water During the Operate Period (2012.10~2013.09)

독부산물 생성의 관계를 평가하였다[10,11]. 소독부산물 의 발생을 억제하기 위해서는 염소사용량을 감소시키 거나 수중의 자연유기물질을 제어해야 한다. 그러나 정 수처리공정에서 상수원수의 미생물 등을 제거하기 위한 전염소처리와 수돗물의 일정량의 잔류염소를 유지하기 위한 후염소처리의 이유로 염소사용의 제한은 어렵다.

따라서 막여과 정수처리시설에서 소독부산물의 생성을 감소시키고 처리수질을 확보하며, 막여과 공정의 안정 적인 운영을 위해 유기물을 제어할 필요성이 있다.

정수처리 막여과 공정에서 유기물을 제어하기 위한 전처리 공정연구가 꾸준히 진행되고 있으며[7,12-16], 이 중 응집공정이 가장 많이 적용되고 있다. 막여과 공 정에서 응집 전처리 공정은 모래여과공정을 막여과 공 정으로 개량 시 기존의 응집지의 활용이 가능하며, 응 집-침전에 의한 자연유기물질의 제거가 가능하다. 가압 식 막여과 공정의 전처리공정으로 응집-침전공정의 침 전지 상등수를 막여과 공정의 유입수로 하는 공정과 침 전지 없이 응집수를 막여과 유입원수로 사용하는 전처 리공정이 있다. 응집공정 이후 침전지상등수를 막여과 유입원수로 사용하는 공정은 응집/침전 전처리로 대부 분의 탁질과 유기물 등을 제거하여 막여과 공정의 안정 적인 운전이 가능하다. 그러나 가압식 막여과 공정에서 의 침전지의 설치는 막여과 공정의 장점인 부지사용 축 소와 부합되지 않는 점이 있다. 반면 대한민국의 G정수 장과 같이 응집-막여과 공정은 침전지상등수를 유입수 로 하는 막여과 공정에 비해 유기물제거 효율은 감소하

지만, 미세플럭형성이 가능하여 안정적인 막여과 공정 운영과 부지사용의 축소가 가능하다[17].

침전지가 없는 경우 응집조에서 플럭이 형성된 상태 로 막여과 공정에 응집수가 유입이 된다. Kim 등(2009) 의 연구결과에 따르면 응집에서 형성된 플럭은 가압펌 프의 임펠러에 의해 해체가 되는 것을 제시하였으며 [18], Kim 등(2013)은 펌프 임펠러에 의해 해체된 플럭 의 일부분은 다시 플럭형성이 가능하다고 보고하였다 [19]. 그러나 Kim 등(2009)의 연구에서는 플럭의 형성, 해체와 자연유기물질제거의 관계에 대한 연구가 부족 하였으며, Kim 등(2013)의 연구에서는 실규모의 플랜 트적용 및 장기간의 운전에 대한 연구가 부족하였다.

Choi 등(2008)과 Xu 등(2011)의 연구결과에 따르면 침 전을 하지 않은 플럭이 형성된 응집수를 막으로 여과하 였을 때 자연유기물질의 제거가 가능하다고 보고되었 다[20,21]. 그러나 앞의 두 연구에서는 막여과의 가압펌 프에 의한 플럭해체에 대한 연구가 부족하였다.

본 연구는 유기물을 제거하기 위한 전처리 공정으로 침전지가 없는 응집-막여과 파일럿 플랜트에서 수행이 되었다. 본 연구의 목적은 가압식 막여과 펌프에 의한 플럭해체 평가를 위해 펌프 전 ‧ 후단으로 플럭의 크기 와 개수를 조사하여, 해체된 플럭이 막여과 공정에 유 입되었을 때의 자연유기물질의 제거효율 및 최적의 응 집제 투입량을 도출하는데 있다.

2. 재료 및 방법

2.1. 원수 수질

본 연구는 인천광역시 부평정수사업소에 설치된 막

여과 파일럿 플랜트에서 실시하였다. 원수는 서울 풍납

취수장에서 취수하여 유입되는 한강원수이며, 2012년

Fig. 1. Schematic diagram of Coagulation -MF-GAC water treatment system.

Coagulation process (W/O sedimentation) Detention Period (min) 30

Velocity Gradient (/s) (Rapid mix, Coagulation 1, 2, 3)

950, 60, 30, 20

The type of coagulant : PACl (Poly aluminum chloride)

MF process

Flux (m

/m

· d) 1.5

Recovery (%) 92

Refill-Filtration-Backwash-Drain (Dead-end)

GAC process

EBCT (min) 28

SV (Space Velocity)(/h) 2.2 LV (LinearVelocity)(/h) 6.4 Table 3. Set-up of Coagulation-MF-GAC Processes

ECONITY PF-90M

Module Type Pressurized Type Material PVDF, hollow fiber Pore shape Silt pore

Nominal pore size (µm) 0.1 Inner/outer diameter (mm) 0.7 / 1.2 Membrane area/module (m

) 90

Mechanical strength (Mpa) 15 Table 4. Specification of Membrane Module 10 월부터 2013년 9월까지 운전기간 동안 실측한 결과

를 바탕으로 Table 1에 원수수질을 제시하였다. 장마기 간을 포함하였기 때문에 원수의 탁도는 최대 727 NTU, 평균 18.28 NTU로 높게 측정이 되었으며, TOC (Total organic carbon), DOC (Dissolved organic carbon), SS (Suspended solids) 의 분석결과 값도 높게 측정이 되었 다. Table 2에 운전기간 동안 계측되는 원수의 탁도를 구간별로 나누어 보았을 때, 10 NTU 이하의 탁도로 유 입되는 비율은 전체 47,984회 중 37,251회로 약 77%를 차지하였다. 따라서 본 실험은 유입탁도의 대부분을 차 지하는 10 NTU 이하에서 실험을 실시하였다. 유기물 의 특성을 나타내는 SUVA (Specific UV absorbance) 값은 평균 3 이하로 친수성에 가깝다.

2.2. 파일럿 플랜트 사양

본 연구에 적용된 파일럿 플랜트 공정은 응집-막여과 - 입상활성탄접촉조(Granular Activated Carbon, GAC)로 구성이 되어있으며, 공정도는 Fig. 1과 같다. 파일럿 플 랜트의 상세 운전조건은 Table 3에 정리된 바와 같다.

2.2.1. 응집공정

혼화/응집 전처리 공정은 침전지 없이 급속교반과 응 집지 3단으로 구성되어있다. 응집제는 파일럿 플랜트가 설치된 부평정수사업소에서 사용되는 응집제와 동일한 PACl 를 선정하였다. 응집제는 일정비율로 희석을 하여 혼화조에 직접 투입하였으며, 응집지 3단에서 플럭이 형성된 응집수는 가압펌프를 통하여 막여과 공정으로 유입이 된다.

2.2.2. 가압식 막여과 공정

막여과 공정은 한강원수를 대상으로 처리용량 270 m

/ 일의 실증 파일럿 플랜트이며, 연구에 사용된 분리 막은 에코니티의 PVDF (polyvinylidene flouride) 10인

치 중공사형 분리막 PF-90M 모델을 사용하였으며 사 양은 Table 4와 같다. 공정 1주기는 30분 전량여과 (Dead-end filtration) 로 운전시간은 여과 27 분, 역세 60 초, 배수 75 초, 급수 45 초의 운전을 하였다. 유량, 압 력, 탁도, 수온 등의 계측 값은 자동저장 되며, 정유량 여과의 운전방식에 따라 압력의 변화를 막간차압 (transmembrane pressure, TMP) 의 변화로 표시하였다.

2.2.3. 입상활성탄 접촉공정

후처리공정인 입상활성탄 접촉조는 정수처리용 야자계

입상활성탄을 사용하였으며, 여과지 면적은 452 cm

, 높

이는 1.6 m, 역세척유량은 22 L/min으로 운전을 하였다.

Fig. 2. The jar-test result of Low turbidity period (less than 10 NTU).

Raw water Turbidity

(NTU)

WTP operating condition : Dosage of coagulant (PACl 17%) (mg/L) Increase Decrease

1 ～7 <8

8～9 9

9～10 10

11～13 11

14 ～16 12

뾂 뾂

251～300 26

22

301～350 27

351 ～400 28

24

401 ～500 29

501< 30

Table 5. Bupyeong Water Treatment Plant Coagulant Injection Table (according to the turbidity of raw water)

2.3. 응집 성능분석(쟈테스트)방법

파일럿 플랜트 혼화/응집공정의 응집제 투입에 앞서, PACl 응집제의 최적투입율 결정을 위해 쟈테스트를 실 시하였다. 2 L의 비커에 PACl의 농도를 각각 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 mg/L (as PACl 17%) 의 농도로 투입하였 다. 쟈테스트의 조건은 파일럿 플랜트 혼화/응집조건과 유사하게 급속혼화 200 rpm에서 30 초, 완속혼화는 70 rpm, 50 rpm, 30 rpm 에서 각각 10 분씩, 30 분 동안 실 시하였으며 침전시간은 30 분을 두었다. 실험 후 상등 수를 채취하여 탁도(2100AN Turbidimeter, HACH)와 pH (Orion 920A+, Thermo) 를 각각 분석하였다.

2.4. 응집실험(파일럿 플랜트)방법

원수-혼화/응집-가압식 MF-GAC로 구성된 실증규모 의 막여과 파일럿 플랜트에 응집제의 투입농도를 변경 하여 실험을 실시하였다. 펌프에서 플럭이 해체되는 것 을 검증하기위해 펌프통과 전 ‧ 후의 플럭 크기와 개수는 Floc Size Analyzer (FAS-1001, 삼보과학)로 분석하였 다. 또한 응집제 투입에 따른 유기물의 거동을 알아보 기 위해 각각의 공정(원수, 응집조, 막유입수(펌프후단), MF 처리수, 활성탄 처리수)의 DOC (5130C, Sievers GE) 를 분석하였다. 그리고 가압식 MF 공정의 막간차 압과 Permeability (투과율) 및 탁도를 실시간으로 분석 하여 막여과 공정 운영에 대한 평가를 실시하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 응집성능분석 실험

한강원수를 대상으로 PACl의 응집특성을 알아보기

위해 쟈테스트 실험결과 응집제 투입농도에 따른 상등 수의 탁도 및 pH분석결과를 Fig. 2에 나타내었다. 대상 원수의 수질은 9.8 NTU, pH 7.57이었으며, 응집제 농 도를 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 mg/L (as PACl 17%)의 농도 로 투입하였다. 쟈테스트 실험결과 응집제농도 10 mg/L (as PACl 17%) 일 때 침전된 상등수의 탁도는 0.79 NTU 로 가장 낮은 값이 측정되었다. 응집제 투입에 따 른 수소이온농도(pH)의 변화에서는 원수 pH 7.55에서 응집제농도 10 mg/L (as PACl 17%)일 때 pH 7.16으로 감소되었다. 실험조건인 원수탁도 9.8 NTU에서 투입한 10 mg/L 의 응집제 농도는 실제 부평 정수사업소의 응 집제 투입조견표상의 농도와 일치하였다. 부평정수사업 소는 혼화/응집/침전-모래여과 공정의 정수처리시설로 원수의 탁도를 기준으로 응집제를 투입한다. 부평정수 사업소의 응집제 투입조견표는 Table 5에 정리한 바와 같이 원수탁도가 증가할 때와 강하할 때로 나누어 투입 하는 응집제량을 정한다. 쟈테스트실험 결과 및 실제정 수장 조견표의 결과에 따라 원수탁도가 9~10 NTU의 범위로 유입이 될 때, 적정응집제 투입량은 10 mg/L (as PACl 17%) 로 나타났다.

본 실험에 사용된 막여과플랜트의 전처리공정은 침

전이 없는 혼화/응집공정으로, 침전을 위한 응집제 투

Fig. 3. Variations flocs of coagulation when increase the PACl concentration in raw water turbidity less than 10 NTU con- ditions (A) Coagulation tank, (B) After passing through the pump.

입량은 과량투입이 될 수가 있다. 원수탁도 9.8 NTU에 서 쟈테스트와 조견표의 최적응집제 투입농도인 10 mg/L (as PACl 17%) 는 침전을 위한 최적의 응집제 투 입량이다. 따라서 침전공정 없이 응집을 통한 미세플럭 을 형성하는 응집제 투입량은 이보다 낮은 농도에서 선 정이 된다.

따라서 본 실험에서는 응집제 투입량을 낮은 농도부 터 쟈테스트 실험에서의 최적투입농도(10 mg/L as PACl 17%) 까지 단계적으로 투입하여 그 성능을 평가하였다.

3.2. 응집제 투입량과 가압펌프 전 · 후단에서의 플럭성 상 비교

쟈테스트 결과에 따라 원수탁도가 9~10 NTU로 유 입이 될 때, 혼화/응집공정에서 응집제 투입량을 0 mg/L 에서 8 mg/L (as PACl 17%)까지 1 mg/L의 농도씩 단 계적으로 증가시켜 실험을 실시하였다.

응집수가 가압펌프의 임펠러를 통과 할 때, 플럭의 변 화를 정량적으로 구현하기 위하여 Floc Size Analyzer를 응집조와 가압펌프후단(막유입수)에 설치하여 플럭의 크기 및 개수를 분석하여 비교하였다.

Fig. 3(A) 과 같이 응집제를 투입하지 않았을 때 응집 조에서의 플럭의 개수는 30 µm의 크기가 평균 16,540 개(/500 mL)로 가장 많았으며, 50 µm, 70 µm, 100 µm 으로 플럭의 크기가 커질수록 개수는 감소하였다. 응집 제를 3 mg/L (as PACl 17%)의 농도로 투입할 때, 응집 조 내에 30 µm크기의 플럭들의 개수는 평균 19,779 개 (/500 mL) 로 증가하였으나, 50 µm, 70 µm, 100 µm의 크기의 플럭들의 개수는 큰 변화가 없었다. 응집제를 4 mg/L (as PACl 17%) 의 농도로 투입하는 구간에서부터

전체 플럭 개수는 증가하여, 30 µm (평균 23,611 개 /500 mL), 50 µm ( 평균 12,445 개/ 500 mL), 70 µm ( 평균 3,782 개/500 mL), 100 µm (평균 174 개/500 mL) 의 개수를 나타내었다. 응집제투입농도를 계속해서 증가시켜 8 mg/L의 농도로 투입시 30 µm (평균 23,927 개/ 500 mL), 50 µm (평균 15,070 개/ 500 mL), 70 µm ( 평균 8,317 개/500 mL), 100 µm (평균 1,636 개 /500 mL) 의 개수를 나타내었다. 응집제 농도 4 mg/L (as PACl 17%) 이상의 투입농도부터 플럭들의 개수는 응집제 투입농도에 비례하여 증가하지 않았다. 이는 작 은 크기의 플럭들이 서로 응집이 되어 침전에 용이한 더 큰 플럭으로 형성됨을 알 수 있었다.

Fig. 3(B) 에 Fig. 3(A)와 같은 시기에 응집 후 가압펌 프를 통과한 플럭의 크기 및 개수를 분석하여 나타내었 다. 펌프 전 ‧ 후단에서 30 µm 크기의 플럭들의 개수는 비슷하게 측정이 되었으나 50 µm 크기 이상의 플럭들 은 펌프를 통과 시 분해가 되어 적은 개수가 검출이 되 었다. 응집조에서 플럭을 형성하였더라도 후단의 막여 과 공정에 유입되는 플럭크기는 대부분 30 µm 이하로 유입이 된다. 따라서 응집조에서 형성된 플럭들은 펌프 에 의해 해체되며, 이 결과는 Kim 등(2007), Kim 등 (2013) 의 실험결과와 일치한다[18,19].

Fig. 3(A) 의 결과와 같이 응집제 투입농도 4 mg/L

(as PACl 17%) 이상 일 때, 응집조와 펌프후단에서 30

µm 크기의 플럭들의 개수는 급격히 증가하였으며, 그

이상으로 응집제 투입농도를 증가시키더라도 개수는

크게 증가하지 않았다. 따라서 원수의 탁도가 9.8 NTU

로 유입이 될 때, 응집조와 펌프후단(막유입수)에서 플

럭을 형성하는 최소의 응집제 투입량은 4 mg/L (as

Fig. 4. Dissolved organic carbon variation of the MF proc- ess in without coagulation pre-treatment process.

Fig. 5. Dissolved organic carbon variation of the water treatment process in with coagulation pre-treatment process.

Fig. 6. Variations flocs of coagulation and DOC removal after passing through the pump when increase the PACl concentration in raw water turbidity less than 10 NTU conditions.

PACl 17%) 로 침전을 포함하는 조견표와 쟈테스트의 응집제 투입량의 약 40% 정도이다.

3.3. 응집제 투입농도에 따른 유기물변화

응집제 투입에 따른 유기물의 제거성능을 평가하기 위해 응집제를 투입하지 않은 무약품 시기의 유기물을 측정하여, 가압식 정밀여과 단독공정의 유기물 제거성 능을 평가하였다.

Fig. 4 에 응집제를 투입하지 않은 기간에서의 공정별 유기물의 농도 및 제거율을 나타내었다. 실험기간 동안 원수의 DOC농도는 평균 2.45 mg/L로 유입이 될 때, 가압식 MF 처리수 농도는 평균 1.83 mg/L로 분석이 되었다. 이때의 제거율은 평균 19.5%으로 응집제를 투 입하지 않았을 때 가압식 MF 공정만으로 유기물의 일 부분이 제거 가능한 것으로 나타났다.

앞의 실험결과 응집제투입 조건에서 펌프 전 · 후단에

서의 플럭의 해체를 알 수 있었다. 이때의 유기물분석 을 통하여 해체된 플럭과 응집제 투입농도에 따른 유기 물제거효율을 알아보기 위해 각 공정별로 DOC를 분석 하였다. 응집수의 플럭은 가압펌프를 통과할 때 해체가 되므로, 원수, 응집수, 막유입수(펌프후단), 가압식 MF 처리수의 공정별 시료를 채수하여 유기물의 변화를 분 석하였다. 공정으로 유입되는 원수의 탁도는 9~10 NTU 로 측정이 되어 앞선 실험조건과 동일하게 응집제 의 투입을 0 mg/L에서 10 mg/L까지 1 mg/L씩 점차 증 가 시키면서 평가하였다. 응집제를 투입하였을 때 공정 별 유기물의 농도와 제거율을 Fig. 5에 도시하였다. 응 집제의 투입농도가 4 mg/L (as PACl 17%) 미만 일 때, 원수대비 가압식 MF처리수의 유기물 제거율은 15~26%

로 나타났으며, 응집제를 넣지 않을 때보다 약간의 유 기물제거율이 상승되었다. 응집제의 투입농도가 4 mg/L (as PACl 17%) 이상일 때, 가압식 MF처리수의 유기물 제거율은 43%로 증가하였고, 응집제농도를 침전공정의 조견표 투입량과 같은 10 mg/L까지 증가시켜 투입하였 을 때 제거율은 평균 48 %로 응집제 투입량에 비해 제 거율은 크게 증가하지 않았다.

Fig. 6 에 응집조건에서 가압식 MF에서의 유기물제거

율과 펌프후단에서의 플럭의 관계를 나타내었다. 가압

식 MF에 유입되는 원수(펌프후단)의 30 µm 크기 플럭

의 개수가 급격히 증가하는 시점과 가압식 MF에서의

유기물제거 효율의 결과는 일치하였으며, 이때 응집제

투입농도는 4 mg/L (as PACl 17%)로 원수탁도 기준의

정수장 조견표의 40%로 나타났다.

Fig. 7. Dissolved organic carbon variation of the (Coagula- tion)-MF-GAC process.

Fig. 8. Change of TMP and Permeability according to the injection of coagulants of raw water in pilot plant test.

Fig. 9. Change of TMP according to the injection of coag- ulants of raw water in pilot plant test.

대상원수인 한강원수의 연중 TOC 평균농도는 2.44 mg/L 이며, DOC 농도는 2.10 mg/L로 유기물의 대부분 은 용존 상태를 띄게 된다. Fig. 6과 같이 플럭들은 펌 프를 통과하면서 Floc Size Analyzer의 검출한계인 30 µm 크기 이하로 해체가 된 것으로 판단되어진다. 30 µm 크기 이하로 해체된 플럭들은 미세플럭으로 남아 MF 처리수에 검출되지 않고 응집이 된 상태로 막에 의 해 체거름되어, 결과적으로 MF 처리수에서의 DOC농 도는 낮아지는 경향을 나타내었다.

추가적으로 혼화/응집-MF-GAC 연계공정의 유기물 제거효율을 평가하여 Fig. 7에 도시하였다. DOC제거율 은 혼화/응집이 없을 때 MF 단독공정에서 평균 19.5%, GAC 공정에서 평균 45%이었으며, 최종적으로 MF-GAC 연계공정의 DOC 제거율은 평균 55.7%이었다. 혼화/응 집-MF-GAC 연계공정에서 DOC 제거율은 혼화/응집 -MF 공정에서 평균 40%, GAC공정에서 평균 47% 이었 으며, 최종적으로 혼화/응집-MF-GAC 연계공정의 DOC 제거율은 평균 68.3% 으로 최종처리수의 DOC농도는 1.0 mg/L 미만으로 검출이 되었다.

3.4. 혼화/응집 전처리를 통한 가압식 MF공정에서의 차압변화 분석결과

혼화/응집 전처리공정 유무에 따른 가압식 MF의 Permeability 와 TMP를 분석하였다. Fig. 8과 같이 혼화/

응집공정을 가동하지 않았을 때 가압식 MF의 Permea- bility 는 평균 122 LMH/bar (25°C)이었으며 TMP는 평 균 0.54 bar, 최대 0.80 bar로 Fig. 9와 같이 고탁도 유 입기간에도 TMP는 0.5 bar 이하에서 안정적인 운전이 가능하였다. 앞의 실험결과에 따라 탁도기준의 정수장

조견표 40%의 농도로 응집제를 투입하였다. 혼화/응집 전처리공정을 적용한 이후 가압식 MF의 Permeability 는 평균 175 LMH/bar (25°C)로 응집제 투입전에 비해 약 43% 증가하였다. 또한 TMP는 평균 0.41 bar, 최대 0.66 bar 에서 안정적인 운전이 되었다. 응집제 투입 전 TMP 는 점차 상승하는 추세를 보이다가 응집제 투입이 후 TMP는 다소 감소하는 경향을 나타내었다. 혼화/응집 공정을 통하여 막오염을 저감시키고, 투과량을 증가시켜 가압식 막여과 공정의 안정적인 운전이 가능하였다.

4. 결 론

본 연구는 막여과 공정에서 혼화/응집 전처리공정의

적용에 대해 파일럿 플랜트에서 플럭의 형성과 펌프에

서의 플럭해체, 수질분석등을 통하여 다음과 같은 결론

을 얻을 수 있었다.

1) 응집조에서 형성된 플럭은 가압펌프의 임펠러에 의해 해체가 되어 막여과 공정에 유입이 되는 것을 확 인하였다. 펌프에 의해 해체된 플럭들은 미세플럭으로 남아 MF 처리수에 검출되지 않고 응집이 된 상태로 막 에 의해 체거름되어, 막오염은 개선이 되었다.

2) 원수탁도가 10 NTU 이하의 평상조건에서 응집- 막여과 공정에서 최적의 응집제 투입량은 4mg/L (as PACl 17%) 로 정수장 조견표의 응집제 투입농도의 40% 수준임을 본 연구를 통해 알 수 있었다.

3) 응집제 투입농도를 탁도 기준으로 조견표의 40%

농도로 투입하여 운영 시 DOC제거율은 최종적으로 MF-GAC 연계공정에서 평균 55.7%이었다. 혼화/응집 -MF-GAC 연계공정에서 DOC 제거율은 평균 68.3%

으로 개선이 되었다.

4) 전처리가 없는 가압식 MF공정의 TMP는 평균 0.54 bar 에서 운영이 되었으며, 혼화/응집 전처리 공정 을 적용하여 운영 시 TMP는 평균 0.41 bar로 더 낮은 차압에서 운영이 되어 막오염을 저감시키고 투과량을 증가시켜 공정운영을 개선하였다.

감 사

본 연구는 환경부 “차세대 에코이노베이션사업(글로 벌탑 환경기술개발사업)”의 지원에 의해 수행되었으며 이에 감사드립니다(GT-SWS-11-01-003-0).

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