본 연구에서는 DAF 펌프에 공기와 물을 동시에 유입, 기-액 혼합류(가압수)를 유발시켜 펌프 토출구의 노즐에서 미세기포를 발생시키는 기술을 응용한 국산 DAF 펌프를 개발하고, 이를 이용하여 패키지형 소규모 정수 장치를 개발하고자 국산 DAF 펌프의 개발과 펌프 성능의 최적화, 개발 펌프의 스케일 업 및 다운(Scale Up & Down) 기술의 확보, 최적 정수처리시스템 구축, 용도별 패키지 정수처리장치를 개발하였다.

최적의 DAF 펌프를 제작하기 위해 공기 흡입량 (6.5~7.5L/min)에 따라 3차원 유동해석 프로그램을 사용하여 임펠러를 최적 설계한 결과, 유량, 0.22m3/min, 양정, 45m의 펌프로 운전압력, 4.5kgf/cm2에서 40~50㎛ 크기의 기포를 발생 시킬 수 있었다.

 

또한, 공기유입부의 최적설계를 위하여 후면깃의 형상을 직선으로 설계하고, 외경을 전면깃보다 크게 제작하였다. 또한, 깃폭과 깃수(10매)도 공기유입량과 기포분산효과를 고려하여 제작하였다. DAF 펌프에서 부상효율에 영향을 미치는 주요인자인 기포체적 농도 및 기포크기 분포 측정방법을 도출하여 그 타당성을 확인 하였다. DAF 펌프의 케이싱 내에서 기-액 접촉 메카니즘을 규명하고 운전조건에 따른 기-액 계면 변화와 기포분산현상을 분석하여 DAF 펌프에서 기포 생성 및 용해현상에 대한 이론적 해석이 가능하였다.

DAF 펌프를 이용하여 카올린 농도 50과 100mg/L의 범위에서 1.5mg Al2O3/L를 주입하였을 때 2.26~2.74NTU로서 95.54~96.94%의 비교적 양호한 탁도 제거효율을 보였다. TOC 및 색도를 실험한 결과 80%의 TOC와 90%의 색도 제거율을 얻을 수 있었다.

스케일 다운 DAF 펌프는 유량 2~4m3/hr, 압력 3.5~4.5kgf/cm2이고, 스케일 업 DAF 펌프는 유량 60m3/hr, 압력 4.0~5.0kgf/cm3으로 운전압력의 개발 목표치인 4.5kgf/cm3을 달성하였다. 또한, 기포입경분포도 1차년도 개발 펌프와 유사하였다.

본 연구에서 개발된 DAF 펌프를 부착한 실험실 규모의 연속식 DAF 시스템의 정수처리 효율 실험으로부터 DAF 펌프의 토출 압력이 4.5kgf/cm3으로 유지한 조건에서 휴믹산과 카올린이 포함된 원수의 처리시 가압수 주입율을 30~40%로 하였을 때 처리효율이 70~75%정도로 나타났다.

효능 향상 연구를 통해 제작 완료된 스케일 다운 및 업 DAF 펌프는 각각 유량 2~4 m3/hr, 60m3/hr이었으며, 압력은 둘 다 4~5 kgf/cm2로 개발목표치를 달성하였다.

본 연구에서 개발된 DAF 펌프를 부착한 정수처리 Pilot Plant의 현장적용 실험으로부터 원수 탁도가 10~25NTU에서 17.3mg Al2O3/L의 주입량과 가압수의 반송량이 20% 이상일 경우 처리수의 탁도는 약 2NTU로서 82% 정도의 탁도 제거율을 나타내었다.

 

연속운전에 있어서 정상상태에 도달한 후 약 24시간 동안의 운전에서 처리수의 탁도 제거율은 약 80%로 거의 안정적으로 운전됨을 알 수 있었다. 또한, 원수의 탁도가 다소 높은 시점에 대해서도 일정한 탁도를 유지하며 안정적인 처리수질을 보였다. DAF 펌프 방식과 콤퓨레셔 방식과의 성능 및 경제성 검토에 대하여 DAF 펌프 방식은 콤퓨레셔, 포화조 및 순환펌프를 사용하지 않으므로 제작비의 경우 25% 정도 저렴하였으며, 운전비용에 있어서도 콤퓨레셔의 동력비를 절감할 수 있었다.

성능면에서는 기존의 포화조 방식의 DAF 시스템에 비하여 배관의 간결성, 운전의 단순화 등 운전 및 유지보수가 훨씬 간편해져 DAF 시스템의 안정적인 운전에 도움이 되었다. Pilot Plant 현장적용 실험 및 실험실 규모의 수처리 효율 검증 결과를 기초로 하여 정수처리시스템의 최종 모듈을 설계하였다.