섬유여재를 충진한 고속여과장치에 의한 입자상 오염물질 처리에 관한 연구 :Reduction of particulate matter by high speed filter using synthetic fiber

박기수

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박기수 (한서대학교, 韓瑞大學校)

지도교수: 金永喆

발행연도: 2016

저작권: 한서대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

섬유여재를 충진한 고속여과장치에 의한 입자상 오염물질 처리에 관한 연구

박기수 環境工學科 2016.01 학위논문

2015

합성섬유 여재를 충진한 고속여과장치에 의한 탁수처리에 관한 연구

박기수 , 청징 , 김영철 한국물환경학회지 2015.01 학술저널

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합성섬유 여재를 충진한 탁수(흙탕물)처리 목적의 고속여과장치에서 2012년 8월부터 2016년 1월까지 수행된 여과시험을 통하여 얻은 자료를 분석한 결과, 여과보조제의 주입은 여과성능에 큰 영향을 미쳤다.
여과보조제를 주입하지 않은 경우 체거름 현상만이 발생하여 여과효율이 낮았으며 적정량의 여과보조제를 주입한 경우 다양한 여과기작을 통해 여과효율이 크게 증가하였고 과량의 여과보조제가 주입된 경우에는 전하의 역전 현상이 발생하여 여과효율이 적정량의 여과보조제를 주입하였을 경우보다 감소하였다.
유입원수의 탁도 50NTU, 여과속도 1,500m/day를 기준으로 PAC, Alum, FeCl3를 최적으로 주입한 경우의 여과효율은 각각 91%, 90%, 78%이었다. 여과속도 및 유입원수의 농도가 증가함에 따라 여과효율은 감소하고 수두손실은 증가하였다. 반면에 여과속도가 낮을수록 입자상 물질의 회수율은 증가하였다.
여재의 충진밀도 증가는 여과효율을 향상시켰지만 충진밀도의 횡적 증가는 입자상 물질의 회수율을 감소시켜 여과성능에 악영향을 미치는 것으로 나타났다. 여재의 재현성을 검토하기 위해 연속적인 실험을 수행한 결과 안정적인 여과성능과 운전 재현성을 보였지만 입자상 물질 회수율의 변동 폭이 커 불안정 한 것으로 나타났다.
입자상 물질의 회수율을 개선하기 위해 세제와 수온을 변화시켜 시험한 결과 세제를 사용하고 수온이 낮을 경우에 입자상 물질의 회수율이 증가하였다. 기존의 상용화된 여과시스템과 성능을 비교한 결과 높은 여과속도와 크기가 작은 입자를 대상으로 실험을 수행한 본 실험에서 여과효율이 우수하거나 유사한 결과가 나타났다.
하수처리장의 고도처리 전처리에 적용할 목적으로 2차 처리수의 여과를 수행한 결과 여과보조제를 사용하지 않았음에도 불구하고 평균 80%의 여과효율을 보였으나 입자상 물질의 회수율은 20~40% 수준을 보였다. 따라서 추후 입자상 물질의 회수율을 개선하기 위한 연구가 필요하다.

Laboratory study was undertaken to pursue the filter performance of a micro-filter module employing highly porous fiber media under a high filtration rate (over 1,500 m/day), faster than that of any conventional filter process. The effects of filtration rate, head loss, raw water turbidity, and filter aid chemicals on filter performance were analyzed.
In spite of the extremely high filtration rate, the filter achieved an attractive efficiency, reducing the raw water turbidity by over 80%. As with other filter systems, the filter aid used (PAC in this study) greatly affected the performance of this particular fiber filter.
Long term repetitive runs were additionally carried out to confirm the reproducibility of the filter performance. Meanwhile Alum and FeCl3 were also tested as inorganic filter aid. At the optimum dose of these aids, 90% with Alum and 78% with FeCl3 of separation efficiency were obtained respectively.
As filtration rate and raw water turbidity increased, filter efficiency decreased while head loss increased. Solid recovery increased at the time of filter cleaning when filtration rate was lower. Fiber packing density affected filter performance. As it was increased, filter performance was enhanced but solid recovery became poorer, thus degrading the filtered water quality at the filter run followed by cleaning.
In order to improve filter cleaning, chemical detergents and warm water were applied. The results showed that use of detergent with cold water cleaning improved cleaning actions.
The feasibility of fiber filter application for upgrading secondary effluent from municipal wastewater treatment plant were examined. In spite of no dosage of filter aid, filter efficiency was about 80% but solid recovery during cleaning was only 20-40%. Therefore, filter cleaning should be further studied in the future.
Finally, a comparison was carried out with other high rate filter systems which are either being tested for use in experimental studies, or are already commercially available.

제1장 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 섬유여과기술 4
1.3 연구목표 및 연구내용 6
제2장 문헌연구 7
2.1 여과의 개요 7
2.1.1 수류의 방향에 따른 분류 7
2.1.2 여과방식에 따른 분류 7
2.1.3 표면여과 및 심층여과 8
2.2 여과 메커니즘 9
2.3 응집 메커니즘 13
2.3.1 응집의 제거원리 13
2.3.2 응집에 영향을 주는 요인 14
2.3.3 응집제의 종류 및 특징 15
2.4 여과장치의 설계 변수 17
2.4.1 여재의 깊이(bed depth) 17
2.4.2 여재의 크기(media size) 18
2.4.3 여과속도(filtration rate) 18
2.4.4 유입원수의 농도 19
2.4.5 수두손실 20
2.5 섬유 여재의 특징 22
2.6 섬유여과의 개발 및 적용 25
2.7 고속여과기술 29
제3장 연구방법 및 재료 33
3.1 실험장치의 구성 33
3.2 여재의 구성 35
3.3 유입원수의 특성 36
3.3.1 인공탁수 36
3.3.2 하수처리장 2차 처리수 36
3.4 운전방법 38
3.4.1 여과방법 38
3.4.2 세척방법 39
3.5 분석방법 40
3.6 실험의 개요 42
제4장 결과 및 고찰 44
4.1 고속섬유필터의 여과특성 44
4.1.1 고속필터의 운전 44
4.1.2 여과속도에 따른 효율변화 47
4.1.3 여재의 세척 49
4.1.4 충진밀도의 영향 54
4.2 여과보조제 PAC 주입이 고속필터의 운전에 미치는 영향 58
4.2.1 고속필터 여과특성 58
4.2.2 최적 PAC 주입량의 결정 62
4.2.3 여과기작의 규명 63
4.2.4 유입수의 농도가 여과효율에 미치는 영향 67
4.2.5 여과속도에 따른 여과특성 70
4.2.6 여재깊이에 따른 여과특성 73
4.2.7 여과성능의 재현성 77
4.2.8 고속필터 설계식의 도출 81
4.2.9 고속필터 세척방법의 검토 84
4.2.10 다른 고속필터와 성능비교 88
4.3 여과보조제의 형태에 따른 고속필터의 여과특성 90
4.3.1 여과보조제 알름(Alum) 주입 90
4.3.2 최적 알름(Alum) 주입량 93
4.3.3 여과보조제 철염(FeCl3) 주입 96
4.3.4 최적 철염(FeCl3) 주입량 99
4.3.5 PAC, Alum, 그리고 FeCl3의 비교 101
4.4 고속필터를 이용한 하수처리장 수질개선 가능성 검토 107
4.4.1 유입원수의 특성 107
4.4.2 하수처리장 2차침전지 유출수의 여과특성 110
4.4.3 하수처리장 2차침전지 유출수의 세척특성 114
제5장 결론 119
참고문헌 121
Abstract 126

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