본 연구의 목표는 하ㆍ폐수 처리시설의 입자상 물질 제거를 위한 설비인 기존의 모래여과나 분리막(M/F, U/F, N/F, R/O etc)이 갖고 있는 문제점을 해결하고자 유연성 섬유사를 이용하여 부유물질의 흡착 및 탈착효능을 높이고, 기존 여과장치의 단점인 부지면적 문제를 해결하고, 최소의 역세수량으로 안정적인 유출수질과 유량을 확보할 수 있는 새로운 개념의 여과장치를 개발함과 동시에 모래여과보다 성능적/비용적으로 우수하며 분리막과 성능이 유사하나 설치 운영비가 저렴한 수중 입자상 물질 제거장치를 개발함에 있다.

폐수 및 정수처리에 적절한 여과장치 개발을 위해 Flexible Fiber(여재)를 충진한 Lab scale의 CoCo3FM 여과장치(100m3/day)를 제작하여 운전한 결과 여과 flux 1,200m3/m2/d, 여재 충진밀도 80kg/m3, 제거 한계입경 1㎛ 이상, 처리수 SS 농도 1mg/L 이하, 여과압력 1kgf/cm2 이하, 역세척 시간 3분이내/주기, 역세척폐수 발생량 1% 이하의 성능이 입증되었다. 평균 여과유량 300m3/day일때 여과압력 2.0kg/cm2에서 1cycle의 여과공정으로 운전하는 것이 최대 여과유량을 확보하기 위한 가장 경제적인 운전방법인 것으로 조사되었다.

최적의 여과와 역세척 조건의 선정은 여과 압력이나 여과 flux가 제어인자가 되며 이러한 제어인자는 여재의 사용기간, Flux의 회복율, 제거대상 물질의 성상과 입경에 따라 다양하게 변화되기 때문에 CoCo3FM 여과장치의 제어 Algorism 구축을 위해 입자 포획량과 제거 입경에 따른 여재 충진율도 실험적 변수로 추정하고, Pilot Scale CoCo3FM의 운전결과를 토대로 제어인자와 최적의 설계조건을 도출하여 최적의 조건에서 CoCo3FM의 운전이 가능한 제어 시스템을 개발하였다.

생물학적 처리수 중의 입자상 물질 제거능을 평가하기 위해 300m3/day 규모의 pilot Plant를 제작하여 운전 한 결과 평균 SS농도가 8.3mg/L일 때 여과초기의 여과압력과 여과 Flux 및 여과수량은 각각 0.8kgf/cm2, 452m3/m2/hr, 14.2m3/hr에서 여과공정이 시작되어 역세척 시점인 2시간 후의 여과 flux와 여과수량은 각각 385.4m3/m2/hr과 12.1m3/hr으로 조사되었다.

 

또한 화학적 처리수 중의 입자상 물질 제거능을 평가하기 위해 섬유사의 충진량을 18,000번으로 충진하여 운전한 결과 COD 제거는 거의 없었으며, SS 농도는 50%정도의 제거율을 보였다. 섬유사의 충진을 24,000번으로 증가하여 운전한 결과 COD 제거효율은 8.6%(67.1mg/L->61.3mg/L), SS 제거효율은 58.4%(28.15mg/L->11.7mg/L)를 나타나 생물학적 처리수의 제거능보다 낮은 효율을 보였는데, 이는 적용 대상 폐수인 아크릴 폐수의 성상이 점도가 높은 특징 때문에 역세효율이 떨어진 것으로 조사되었다.

직경 400mm(1,000m3/day 용량) 여과기를 측면 유입, 유출 구조로 운전했을 때 유량 변화는 평균 약 1,200m3/day 정도이었으며, 초기 압력 및 여과 후 압력 변화는 각각 0.8kgf/cm2, 0.1kgf/cm2이하이었고, 유출수질의 경우 유입수질에 따라 1.2～3.5mg/L 정도의 변동폭을 보였다. 중앙유입, 유출구조에서 유량은 평균 1,500m3/day 이상으로 20% 증가하였으며, 운전압력은 0.7kgf/cm2 이하로 조금 떨어져 유입, 유출구의 변화로 여과저항이 크게 감소됨을 알 수 있었고 여과수질은 1.6～3.74mg/L을 보였다.

 

중앙 수평 Baffle 설치로 부분적 섬유사 충진율 증가효과 및 유량확보를 위한 실험을 행한 결과 유량이 증가되어 1,300m3/day 이상으로 유지되었고, 유출수질 또한 1.1~2.3mg/L으로 좋은 결과를 보였으나, 장기간 운전시 Baffle 하단에 역세 효율이 나빠지고 폐색이 발생하여 수평 Baffle 설치는 바람직하지 않은 것으로 조사되었다.

[출처 = 한국환경산업기술원(www.keiti.re.kr)]