초음파약품분사노즐을 이용한 응집공정향상
Enhancement of Coagulation and Flocculation Processes Using the Ultrasonic Chemicals Spray Nozzle
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 趙舜行
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 공학계열
- 본문언어 한국어
초록/요약
국내 정수장의 약품혼화공정을 향상시켜 저비용 고효율의 정수처리 공정을 확립하기 위한 목적의 일환으로 약품 분사용 초음파 분사 노즐의 적용 가능성을 조사하였다. 초음파 분사노즐은 압전세라믹스를 이용하여 제작하였으며, bench scale 실험을 통하여 도출된 초음파 노즐에 의한 약품 혼화공정의 운전을 위한 최적 인자를 pilot scale 실증실험에 적용하여 이 방식의 실제 적용가능성을 검토하기 위하여 현재 대부분의 정수장에서 사용되고 있는 기존의 약품 혼화방식과 초음파 약품 분사장치에 의한 각종 오염물질의 처리 효율을 평가하였다. 그 결과 혼화방식에 따른 혼화지 내 응집제 혼화특성은 초음파 노즐에 의한 혼화방식이 기계식(back-mixing) 혼화방식보다 응집제의 확산속도가 빠른 것으로 조사되었다. 오염물질별 제거효율 역시 기계식(back-mixing) 혼화방식보다 초음파 노즐에 의한 혼화방식의 제거효율이 높은 것으로 조사되었다. Pilot scale 실험 결과 초음파 노즐의 in-line injection 혼화방식의 처리효율은 탁도 0.75 NTU, UV_(220) 59.25 %, UV_(254) 67.45 %, TOC 66.45 %, DOC 53.1 %, 일반세균 97.1 % (1.60 log), 대장균 99.9 %(3 log)로 기존의 혼화방식보다 월등하게 우수한 것으로 조사되었다. 초음파 노즐에 의한 in-line injection 혼화방식은 기존 혼화방식의 문제점을 해결함으로서 처리 효율이 향상되어 약품비용, 슬러지의 처리비용 및 동력비 절감효과가 상당히 클 것으로 예상된다. 또한, 큰 규모의 혼화지와 교반기를 설치해야 하는 기존의 기계식(back-mixing) 혼화시설에 비하여 초음파 노즐에 의한 In-line injection 혼화방식은 혼화지와 교반기가 필요하지 않으므로 부지축소 및 건설비용의 감소효과를 기대할 수 있어 처리효율 증대는 물론 경제적인 효과도 클 것으로 결론지을 수 있었다.
more초록/요약
To establish low-cost and hight efficiency water treatment process, feasibility of applying ultrasonic spray nozzle for chemical injection was examined. Ultrasonic spray nozzle was manufactured using piezoelectric ceramics. To evaluate the applicability of mixing method by ultrasonic spray nozzle, treatment efficiencies of turbidity, organics, microorganism by conventional chemical mixing methods and mixing method by ultrasonic spray nozzle were investigated. Pilot-scale experiments were conducted with the optimum operational conditions which were determined through bench-scale experiments. It was found out that the rate of chemical diffusion rate by ultrasonic spray nozzle was faster than by back-mixing method. Removal efficiencies of various contaminants, such as turbidity, organics and microorganism by ultrasonic spray nozzle were also higher than by back-mixing method. Removal efficiencies of turbidity, organics and microorganisms by ultrasonic spray nozzle mixing were extremely superior to those efficiencies by conventional mixing methods. It can be expected that cost of coagulant, sludge treatment and electricity will be decreased by adapting ultrasonic nozzle in-line injection mixing method. The site requirement and construction cost can be greatly cut down since the mixing basin and agitator can be eliminated by adopting in-line injection mixing method by ultrasonic nozzle.
more목차
목차
국문요약 = ⅰ
List of Tables = ⅴ
List of figures = ⅶ
제 1 장 서론 = 1
제 2 장 문헌 조사 및 이론적 고찰 = 3
제 1 절 응집 = 3
1. 콜로이드 = 3
2. 금속염 응집제의 수화반응 = 6
3. 응집의 반응경로 = 6
가. 전기이중층의 압축 = 7
나. 흡착에 의한 전하 중화 = 7
다. 침전물의 체거름 = 8
라. 흡착에 의한 입자간 가교 = 8
4. 응집의 화학적 반응속도 = 9
제 2 절 초음파 = 11
1. 초음파 화학(Sonochemistry) = 12
제 3 절 약품혼화공정 = 14
1. 약품혼화 = 15
2. 혼화방법의 종류 및 특징 = 16
가. 완전혼합형 혼화방법(Back-mixing) = 16
나. In-line blender 혼화방법 = 17
다. Water champ = 18
라. 착수정 월류 낙차를 이용한 혼화방법 = 19
마. Orifice 혼화방법 = 20
바. 관내혼화기(In-line mixer) = 21
사. Pump injection diffuser 혼화방법 = 22
제 4 절 고효율 약품혼화를 위한 연구개발동향 v24
1. 국외의 기술 현황 = 25
2. 국내의 기술 현황 = 26
가. In-line blender 혼화 장치에 의한 2단 혼화 방식 = 26
나. 고효율 순간혼화기(Pump Diffusion) = 28
다. 초음파 약품분사노즐을 이용한 약품혼화기술 = 29
제 3 장 연구 방법 = 31
제 1 절 실험 장치 = 31
1. 초음파 약품분사노즐 = 31
2. 연속식 실험장치 = 32
3. Pilot 실험장치 = 33
제 2 절 실험방법 = 34
1. 혼화방식에 따른 혼화지내 응집제 혼화특성 = 34
2. 응집제 주입량 변화에 따른 초음파 약품분사장치의 처리 효율성 평가 = 36
3. 혼화방식 및 초음파 노즐 크기에 따른 효율성 평가 = 37
제 4 장 결과 및 고찰 = 39
제 1 절 혼화방식에 따른 혼화지내 응집제 혼화특성 = 39
제 2 절 응집제 주입량 변화에 따른 초음파 약품분사장치의 처리 효율성 평가 = 41
1. 탁도 및 particle size = 41
2. 유기물(UV_(254), TOC, DOC) = 44
3. 미생물(일반세균, 대장균) = 47
제 3 절 혼화방식 및 초음파 노즐 크기에 따른 효율성 평가 = 49
1. 탁도 = 49
2. 유기물(UV_(220), UV_(254), TOC, DOC) = 51
3. 미생물(일반세균, 대장균) 제거 = 57
제 4 절 효율성 비교 = 60
제 5 장 결론 v62
참고문헌 = 64
ABSTRACT = 68
목차
List of figures
Fig. 1. Schematic diagram of zeta potential. = 5
Fig. 2. Schematic diagram of adsorption to permit inerparticle bridging. = 9
Fig. 3. Schematic diagram of the three regions of sonochemical reactions. = 13
Fig. 4. Schematic diagram of in-line blender mixing device. = 17
Fig. 5. Picture of water champ. = 18
Fig. 6. Schematic diagram of weir-mixing method. = 19
Fig. 7. Schematic diagram of orifice mixing method. = 20
Fig. 8. Schematic diagram of in-line mixing methods. = 21
Fig. 9. Schematic diagram of in-line mixer by raw water confluence. = 22
Fig. 10. Schematic diagram of pump injection diffuser mixing methods. = 23
Fig. 11. Schematic diagram of 2step mixing method. = 27
Fig. 12. Schematic diagram of pump diffusion mixing device. = 28
Fig. 13. Schematic diagram of Instantaneous Flash Mixer. = 29
Fig. 14. Schematic diagram of ultrasonic spray nozzle. = 32
Fig. 15. Picture of continuous-flow reactor. = 32
Fig. 16. Schematic diagram of pilot plant. = 33
Fig. 17. Change of aluminium concentration by various chemical injection method. = 40
Fig. 18. Turbidity removal efficiency by various coagulant dosage. = 42
Fig. 19. Particle size distribution by mixing methods. = 43
Fig. 20. Organic removal efficiency by various coagulant dosage. = 46
Fig. 21. Microorganism removal efficiency by various coagulant = 48
Fig. 22. Turbidity removal efficiencies by mixing methods. = 50
Fig. 23. UV220 removal efficiencies by mixing methods. = 53
Fig. 24. UV254 removal efficiencies by mixing methods. = 54
Fig. 25. TOC removal efficiencies by mixing methods. = 55
Fig. 26. DOC removal efficiencies by mixing methods. = 56
Fig. 27. Heterotropic bacteria removal efficiencies by mixing methods. = 58
Fig. 28. E.coli removal efficiencies by mixing methods. = 59
목차
List of Tables
Table 1. Merits and demerits of rapid mixing methods = 24
Table 2. Velocity gradient(G) and input power(P) = 35
Table 3. Analytical methods = 36
Table 4. Composition of raw water = 37
Table 5. Comparison of efficiencies by mixing methods = 61
