Dissolved Gas Flotation 공정에서 기체 종류에 따른 기포의 물리적 특성 및 제거 효율 특성 변화

Abstract

수질 개선 기술 중 하나인 용존공기 부상법은 기포에 입자를 부착하여 이를 수면 위로 부상하여 제거하는 기법으로 기존의 수처리 기술과는 달리 다양한 오염 인자를 한꺼번에 처리할 수 있다는 점에서 각광받고 있다. 이러한 부상공정의 적용처는 점차 다양해지고 있으며, 수중 탁질 입자 뿐 만아니라, COD, Oil 그리고 최근에는 해수 및 담수에서 양식장 수질개선과 미세조류 제거에도 응용되고 있다. 다양한 원수처리에 대하여 부상효과를 높이기 위해서는 미세한 기포를 보다 많이 발생시키는 것이 중요하며 점차 적용성이 증가하면서 기포를 발생하는 여러 방안 중 하나로 다양한 기체를 활용하는 것이 제안되고 있다. 따라서 본 연구에서는 Air, N2, O2, CO2를 활용하여 기포를 발생시키는 것에 대하여 기초적인 연구를 수행하고 각 원수에 적합한 기체를 제안하고자 한다. 기초적인 연구로 다양한 기체로 발생되는 기포들의 크기와 기포층을 측정함으로써 기포 발생량을 간접적으로 측정하고 제거효율을 평가하며 처리후의 처리수 특성을 측정하여 특성에 알맞은 적용처를 제안하였다. 실험 결과 분자량과 용해도가 비슷한 Air, N2, O2에서 발생하는 기포크기 차이가 없었으며, 용해도가 상대적으로 큰 CO2의 경우에는 기체 주입량 조절이 매우 중요하며 압력이 증가함에 따라 기포의 평균 크기가 감소하였다. Air와 CO2의 기포층을 비교한 결과, 압력에 따라 기포층이 깊어지는 경향을 공통적으로 보인다. 각 기체에 따라 토출압력과 주입압력을 운전조건으로 하여 정치시간에 따라 제거 효율을 평가한 결과, 주입 압력을 운전조건으로 정하는 것이 합리적인 것으로 판단되며, Air, N2, O2 기포는 주입압력이 증가할수록 정치시간이 단축되고 처리효율이 다소 증가하는 반면, CO2 기포는 주입압력이 낮을수록 정치시간이 단축되고 처리효율이 증가한다. 기체별 처리수의 DO, pH의 특성변화에 따라 CO2 기포의 pH저하 효과, O2 기포의 DO 상승 효과를 원수에 따라 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 논문을 통하여 다양한 기체를 활용하여 기포를 발생시키는 것이 가능하며 원수에 따른 기체 적용의 가능성을 평가할 수 있었다. 본 연구결과를 토대로 각 기체의 처리수 특성에 따른 적용 방안을 정리할 수 있다. Air 기포의 경우, 하천 및 정수처리장에서 대량의 물을 처리하는데 사용되고 있습니다. N2 기포는 석유공업 처리수에 사용될 수 있으며 O2기포의 경우, 산소 요구량이 많은 양식장이나 하천 저질토 정화에 사용될 수 있습니다. CO2의 경우, 축산 폐수 및 pH가 9이상으로 pH를 줄이는데 막대한 황산량이 필요해지는 해수담수화 등에 적용될 수 있다.