상하수도 123회 2교시 문제 4. 정수장의 혼화·응집공정 개선방안에 대하여 설명하시오.

답 1. 응집공정의 목표 및 검토항목

1) 응집공정의 목표

- 콜로이드 물질의 경우, 입경이 0.1 ~ 0.001㎛로서 반데르발스 힘과 제타포텐셜 및 중력이 평형되어 침전이 잘 되지 않음

- 특히 입자가 (-) 전하를 띠고 있어 입자끼지 제타포텐셜이 강하게 작용, 침전 어려움

- 응집공정의 목표는 위와 같이 침전이 어려운 경우, (+) 입자를 투입하여 전하를 중화, 제타포텐셜을 약하게 하여 입자간의 거리를 단축시켜 침전시키는 것임

→ 이 때 사용되는 물질이 응집제임

- 응집침전은 응집제 투입 후 급속교반에 의해 응집제에서 생성된 Al(OH)3에 의해 미세입자 생성 후 플록형성지에 완속교반에 의해 대형 플록으로 성장하며, 약품 침전지에서 제거

2) 응집공정의 검토항목

① 응집제의 최적 주입량

- 응집제 주입량을 증가시키면 어느 점에서 적정 주입량이 나타남

- 응집제 주입량이 적정 주입량보다 적게 주입되면 플록이 제대로 형성되지 않고, 초과하면 상징수와 탁도가 다시 증가

② 약품 교반시험 실시(Jar Test)

- 비이커에 약품투입량을 변화시키면서 급속교반과 완속교반, 정치하여 상징수 분석

③ 상징수의 분석 및 적정 주입량 결정

- 정치 후 상징수 분석 : COD, SS, 탁도, 색도, pH 측정 기록

- 최대의 양호한 플록이 형성되는 주입량 중 최소 주입량 선택

 

답 2. 처리효율에 영향을 미치는 인자

1) 속도경사(G)

- 속도경사(구배) : 반응조 내에서 유체입자의 속도분포상태를 단위 길이당 속도로 나타낸 것

· G : 속도경사(1/sec)

· P : 소요동력(kg·m2/sec3)

· μ : 액체의 점성계수(10-3kg/m·sec)

· V : 응결지의 부피(floc 형성지 용량, m3)

- 속도구배 G는 수류에서 유선 간의 속도차로 인해 생기는 것으로 응집지 지배요소임

- 속도구배가 존재하면 속도가 큰 유선 중의 입자가 속도가 작은 유선 중의 입자와 충돌결합하여 큰 floc을 형성

- G값을 크게하면 floc의 성장률은 증대되나 전단력의 증가로 인해 floc이 파괴

2) 수온

- 높은 수온 : 수화반응 촉진, 물의 점성저하로 인한 응집제의 화학반응 촉진, 입자들의 열운동 증가로 인한 입자간 충돌빈도 증가로 응집효율 증가

- 낮은 수온 : 수화반응 저하, Floc 형성시간 지연, 응집제 소요량 증가로 인해 응집효율 감소

3) 알칼리도

- 알칼리도 부족 시 응집제 주입 후 가수분해되어 Al(OH)3 생성량 감소

- 그러나 너무 많은 알칼리도는 응집제 소모량을 증가시킴

- 알칼리도 부족 시 응집제 주입 필요 : NaOH, CaO, Ca(OH)2, NaCO3

4) 공존물질

- 공존물질은 수 중의 pH 변화에 관여

- 너무 많을 경우, 적정응집 pH폭을 초과할 수 있음

5) pH

- 응집제 별로 적정 pH폭(범위)이 존재

- Alum의 경우 : pH 5.5 ~ 8.5

- 철염의 경우 : pH 4 ~ 11

6) 응집보조제

- 저수온, 고탁도 시 응집효율 감소

- 이와 같은 경우, 응집보조제 주입이 필요(활성규산, 알긴산나트륨, 점토 벤토나이트, Fly-ash)

7) 응집방식

- 응집효율 증가와 응집제 감소를 위해 고속응집 침전지 사용 검토

- 고속응집 침전지 종류 : 슬러지 순환형, 슬러지 Blanket, 맥동형

8) 혼화방식

- 기존의 혼화방식은 Back MIx Type이므로 순간 혼화 필요

- 관내 혼화(In-line Mixer), 분사노즐 교반기, Zet Mixing과 같은 방법이 필요

9) Floc 형성지

- 점감식 Floc 형성지의 구성

 

답 3. 공정개선방안

1) 저수온, 고탁도 시 활성규산 및 PAC 사용 검토

- 평상 시 : Alum + 활성규산(알긴산나트륨)

- 저수온 시 : PAC 사용

2) 응집제 감소와 응집 · 침전 시 부피감소를 위해 고속응집 침전지 사용검토

- 응집제량 약 20% 절감, 부지면적 감소

3) 적정 응집제 주입량 결정을 위한 Jar-test 개선 필요

- Jar test는 수시로 변화하는 원수 수질에 적절한 대응 미흡

- SCD, Zeta-Potential Meter, Particle Counter에 의한 자동주입 바람직

4) 혼화지에서 순간혼화를 위한 시설의 개선이나 개량 필요

- 초기 교반강도 증가

- 혼화장치의 개선(관내 혼화(In-line Mixer), 분사노즐 교반기, Zet Mixing)