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다가의 금속이온을 이용한 기포의 전위조절과 이를 이용한 조류제거 기술

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Authors
김보경
Advisor
한무영
Major
공과대학 건설환경공학부
Issue Date
2013-02
Publisher
서울대학교 대학원
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 건설환경공학부, 2013. 2. 한무영.
Abstract
본 연구에서는 플록형성공정을 적용하기 어려운 자연수계의 조류 제거를 위해 다가의 금속이온(Al3+, Fe3+)을 이용한 기포의 전위조절과 이를 이용한 수처리 기술에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 제거하고자 하는 조류에 대한 특성을 조사를 하였다. 또한, 다가의 금속이온의 종류와 주입형태가 기포의 전위에 미치는 영향을 알아보고 양의 기포 생성을 확인하였다. 이를 바탕으로 양의 기포를 발생시키는 시스템의 자연수계내 조류제거에 대한 적용가능성을 평가하고 제거효율을 알아보았다. 이 연구의 결과는 다음과 같다.
기포전위를 통한 조류 제거시스템의 적용성을 알아보기 위해 제거실험에 이용한 조류는 Microcystis sp.로 강산성영역에서 양의 전위를 띄나, 대부분의 pH 영역에서 음의 전하를 띈다. 입자와 기포의 충돌효율을 고려할 때, 높은 제거효율을 가지기 위해서 기포가 양의 전하로 대전될 필요성을 확인하였다.
자연수계의 조건에서도 양의 기포 발생이 가능한 3가의 금속이온(Al3+, Fe3+)이 기포의 전위에 미치는 영향, 주입형태(알루미늄 전기분해, Alum, PAHCs)에 따른 영향을 조사하였다. 알루미늄과 철 이온의 주입에 따라 전위가 양으로 대전되며 일정농도 이상의 주입에서는 전위가 더 이상 증가하지 않았다. 또한 알루미늄의 가수분해종 분석을 통해 살펴본 결과, 대부분 모노모성 가수분해종을 가지는 Alum과 달리 PAHCs와 알루미늄 전기분해 용출액이 각각 최대 88%, 91%의 높은 폴리머성 알루미늄 가수분해종을 가짐을 보였다. 이를 통해 PAHCs와 알루미늄 전기분해 용출액을 이용한 알루미늄 이온 주입이 양의 기포 생성에 긍정정인 영향을 미칠 것으로 여겨진다.
양의 기포를 이용한 부상공정의 적용성 평가를 위해 기존의 공정들과 조류제거효율을 비교분석하였다. 제거효율은 DAF > (+) bubble > Flocculation & Sedimentation > (-) bubble 순으로 높았다. 양의 기포를 이용한 공정은 DAF공정보다는 낮았지만 가압수의 분사시 발생하는 수리학적 에너지만으로도 교반공정없이 높은 효율을 얻을 수 있었으며, 이는 교반 및 응집공정 수행이 어려운 자연수계의 조류 처리공정의 가능성을 보여주었다.
알루미늄 이온(Alum, PAHCs, 알루미늄 전기분해)과 철 이온(염화제1철)을 0 ∼ 30 mg/L의 농도로 Saturator에 주입해 가압수를 발생시키고 이를 이용하여 반응조 안의 조류입자를 부상시킨 후 제거효율을 비교하여 최적의 조건을 도출하였다. 전위가 조절된 기포로 처리한 조류원수의 제거 전후의 제거효율 분석결과, 알루미늄 전기분해> PAHCs> 염화제1철> Alum 순으로 높은 효율을 보였다. 알루미늄 전기분해는 15 mg-Al/L농도에서 90.89%로 최적의 효율을 보여주었다. 알루미늄이나 철의 주입농도나 형태에 관계없이 음의 기포를 이용한 제거효율인 25.12%보다 월등히 높은 효율을 보였다. 이는 양의 기포를 이용하여 플록형성 공정 없이도 자연수계에서의 조류처리 가능성을 보여준다. 또한 전기분해를 이용한 양의 기포를 발생방법은 수계에 2차 오염을 유발하지 않으며 운전조건의 최적화를 통하여 제거효율의 향상도 가능하다.
이러한 결과들은 기포의 전위조절을 통해 자연수계 내 조류제거를 효율적으로 신속하게 수행할 수 있음을 보여주었다.
Language
Korean
URI
http://hdl.handle.net/10371/124198
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Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Civil & Environmental Engineering (건설환경공학부)Theses (Master's Degree_건설환경공학부)
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