A demonstration plant was carried out to investigate the removal efficiency of $NH_3-N$ and $KMnO_4$ consumption depending on the existence of pre-chlorination for the ozonation and activated carbon process in the S water treatment plant which is located at the middle of Keum River. The averge removal efficiency of $KMnO_4$ consumption for $O_3/GAC$ processes with pre-chlorination and $O_3/BAC$ processes without pre-chlorination were 48.6% and 50% respectively. It is similar to removal effect of $KMnO_4$ consumption for GAC and BAC process depending on the existence of pre-chlorination. Otherwise, the removal of THMFP for GAC and BAC process was 58% and 68% respectively. $NH_3-N$ was not almost removed by sand filter and ozonation, but the average removal efficiency in the BAC process was about 31%. Especially, $NH_3-N$ was not almost removed by $O_3/BAC$ processes at the low temperature (below $$10^{\circ}C$$) in the winter season, $O_3/BAC$ processes have the advantage of removal of organic substance when it is compared to pre -chlorination followed by $O_3/GAC$ processes. Pre-chlorination followed by $O_3/GAC$ processes were required to remove $NH_3-N$ in the winter season because the removal of $NH_3-N$ was almost ineffective by $O_3/BAC$ process.
In this research, we investigated the variation of transmembrane pressure and permeate water quality with pre coagulation and sedimentation with iron based coagulant and chlorination of feed water for PVDF (polyvinylidene fluoride) based MF membrane filtration. NaCIO was fed to the membrane module with dosage of 0.5mg/L and maintained during filtration. To observe the effect of raw water, three types of raw and processed waters, including river surface water, coagulated water and coagulated-settled water, were applied. In case of river surface water, the transmembrane pressure increased drastically in 500 hours of operation. On the contrary, no significant increase in transmembrane pressure was observed for 1,200 hours of operation for coagulated water and coagulated-settled waters. The turbidity of permeate was lower than a detection limit of equipment for all raw waters. The removal efficiency of humic substances of coagulated water and coagulated-settled water was approximate ten times of that of surface river water. And, the removal efficiency of TOC and DOC was approximate two times of that of surface river water. From the results of plant operation, stable operation was maintained at $0.9m^3/m^2{\cdot}day$ filtration flux through the combination of pre-coagulation and pre-chlorination. However, the water quality of permeate was the best when pre-coagulation-sedimentation process was combined with pre-chlorination.
본 연구에서는 맛 냄새 물질 발생시 표준정수처리공정에서 지오스민과 활성탄 주입량을 효과적으로 저감하는 방안을 제시하였다. 염소처리방식에 따른 지오스민 제거효율을 평가한 결과, 저농도(< 25 ng/L)의 경우 전염소와 중간염소를 동시에 운영할 경우 지오스민 제거율은 46%인 반면, 중간염소로 운영한 공정의 지오스민 제거율은 57%로 나타났다. 중농도(25~79 ng/L)에서는 전염소와 중간염소로 운영한 지오스민 제거율은 59%, 중간염소로 운영한 지오스민 제거율은 87%로 나타났다. 고농도(> 80 ng/L)에서도 전염소와 중간염소를 동시에 운영한 지오스민 제거율은 67%인 반면 중간염소로 운영한 지오스민 제거율은 95%로 나타나 중간염소로 운영시 제거율이 높아지는 것으로 나타났다. 지오스민 농도별 측정결과와 활성탄 투입량의 상관성을 분석한 결과, 결정계수($R^2$)는 0.96 으로 나타나 적합한 분말활성탄 조견표를 제안하였다. 또한, 지오스민 물질발생 초기에 중간염소와 활성탄을 동시에 투입 시 원수농도가 급격히 증가하여도 지오스민의 입자성 물질을 지속적으로 제거할 수 있어 활성탄 저감 뿐만 아니라 정수 기대농도도 만족할 수 있었다.
본 연구는 부영양화시 다량 발생하고, 독소생성의 주원인 종으로 알려진 Microcystis aeruginosa의 정수처리 중 응집공정에서 전염소처리의 영향을 조사하였다. Microcystis aeruginosa를 실험실에서 배양하여, $10^5cell/mL$가 되도록 인공시료를 만들었다. 전염소처리의 염소주입량은 각각 0.2, 1.0, 10 mg-Cl/L으로 하였고, 반응시간은 1시간과 1분으로 하였다. 응집 후 모든 시료의 탁도는 응집제를 0.4 mg-Al/L 주입한 후 매우 낮게 나타났으므로 탁도 유발물질은 염소주입량에 의한 영향이 매우 낮은 것으로 나타났다. 염소량이 증가함에 따라 응집 후 잔류알루미늄은 감소하였고, $UV_{254}$는 증가하였다. 적당한 염소농도(1.0 mg-Cl/L)에서는 반응시간이 길어짐에 따라 $UV_{254}$가 증가하였다.
The effects of temperature, coagulants and pre-chlorination on the removal of turbidity and pathogenic protozoa by coagulation process were investigated using jar test of lab scale. In room temperature ($25^{\circ}C$), protozoa were removed over 1.0log at the proper concentration range of coagulants, and up to over 2log at the optimal concentration of coagulants. Considering the 1.5log target removal for Giardiain the processes of coagulation, sedimentation, and filtration, this results implies that the target could be satisfied. However, the removal of protozoa and turbidity was reduced, and optimal PAC concentration was narrowed in low turbidity and cold temperature ($5^{\circ}C$). These results suggest that the drop of coagulation efficiency may be occurred in winter if the conditions are not optimized. Despite the effect of water temperature, the relation of turbidity and protozoa removal appeared to be good. The various kinds of coagulants did not significantly affected for removals of turbidity and protozoa when the concentrations of $Al_2O_3$ were considered. Prechlorination did not increase or decrease the removal of turbidity and protozoa in optimum condition at room temperature, pH 7, 15mg/L of PAC concentration.
Microcystis sp.로 수화된 원수에 대해 전염소 처리시 발생하는 문제점과 응집보조제로 polyamine을 투입하였을 때의 응집 및 여과공정에서의 효과를 수중의 입자상 물질의 분포로 평가하였다. Microcystis sp.로 수화된 원수를 전염소 처리하면 Microcystis sp. 군집이 각각의 세포들로 분산되어 응집에 불리한 것으로 나타났다. 응집보조제로 polyamine을 이용하면 응집제 단독으로 응집하는 경우에 비해 탁도와 입자성 물질 제거에 효과적이었으며, 특히 직경 $5{\mu}m$ 이하의 입자상 물질의 제거에 탁월하였다. Microcystis sp.로 수화된 상수원수를 이용하는 정수장에서는 전염소 처리를 배제하고 정수장을 운영하는 방법이 후단공정에서 입자상 물질의 제거 및 관리에 효율적이었다.
As a result of algal bloom, algal organic matters (AOMs) are rapidly increased in surface water. AOMs can act as precursors for the formation of harmful disinfection by-products (DBPs), which are serious problems in water treatment and human health. The main aim of this study is to characterize the formation of DBPs from AOMs produced by three different algae such as Oscillatoria sp., Anabaena sp., and Microcystis aeruginosa under different algal growth phases. In an effort to examine formation of DBPs during chlorination, chloroform (TCM), dichloroacetic acid (DCAA) and trichloroacetic acid (TCAA) were determined under various CT (product of disinfectant concentration and contact time, mg·min/L) values. Generally, the amounts of DBPs tended to increase with increasing CT values at the most growth phases. However, there was a significant difference between the amounts of DBPs produced by the three algal species at different growth phases. This result is likely due to the chemical composition variability of AOM from different algae at different growth phases. In addition, the effect of pre-ozonation on coagulation for the removal of AOMs from three algal species was investigated. The pre-ozonation had a positive effect on the coagulation/flocculation of AOMs.
In order to maintain constant residual chlorine in sedimentation basin, It is necessary to develop real time prediction model of residual chlorine considering water treatment plant data such as water qualities, weather, and plant operation conditions. Based on the operation data acquired from K water treatment plant, prediction models of residual chlorine in sediment basin were accomplished. The input parameters applied in the models were water temperature, turbidity, pH, conductivity, flow rate, alkalinity and pre-chlorination dosage. The multiple regression models were established with linear and non-linear model with 5,448 data set. The corelation coefficient (R) for the linear and non-linear model were 0.39 and 0.374, respectively. It shows low correlation coefficient, that is, these multiple regression models can not represent the residual chlorine with the input parameters which varies independently with time changes related to weather condition. Artificial neural network models are applied with three different conditions. Input parameters are consisted of water quality data observed in water treatment process based on the structure of auto-regressive model type, considering a time lag. The artificial neural network models have better ability to predict residual chlorine at sediment basin than conventional linear and nonlinear multi-regression models. The determination coefficients of each model in verification process were shown as 0.742, 0.754, and 0.869, respectively. Consequently, comparing the results of each model, neural network can simulate the residual chlorine in sedimentation basin better than mathematical regression models in terms of prediction performance. This results are expected to contribute into automation control of water treatment processes.
본 연구는 정수장의 수처리 공정에서 계측되고 있는 수량 및 수질데이터의 활용과 수처리 공정제어의 지능화를 위한 것으로 정수장에서 전염소 공정이 수반되는 처리공정에서 침전지 유출수 잔류염소농도 안정화를 위하여 이를 추정할 수 있는 모형을 구축하고자 하였다. 정수장 침전지 유출수의 잔류염소농도를 예측하기 위하여 중회귀모형과 인공지능 알고리즘 중 다층퍼셉트론 신경망, 랜덤포레스트 및 장단기기억(Long Short Term Memory; LSTM) 모형을 활용하였고 그 결과를 비교, 평가하였다. 모형의 입력변수로는 전염소 공정이 도입된 정수장에서의 잔류염소농도, 수온, 탁도, pH, 전기전도도, 유량, 알칼리도 등이 사용되었고 전염소에 따른 침전지의 안정적 운영을 위해 요구되는 침전지 잔류염소농도를 출력변수로 구성하였다. 적용 결과에서는 랜덤포레스트 모형이 가장 양호한 결과를 보여 주었으며 다음으로 LSTM, 다층퍼셈트론 신경망 순으로 나타났다. 수학적 모형인 중회귀모형은 적합도 측면에서 가장 낮은 결과를 보여 주었는데, 이는 수량과 수질데이터의 수치적인 규모나 차원의 차이뿐만 아니라 계절별 수질특성에 따라 염소소비 특성이 매우 다양하게 반응하기 때문으로 판단된다. 따라서 정수장 수처리 공정에서 인공지능 알고리즘의 적용을 위해서는 랜덤포레스트와 같이 의사결정 트리구조의 도입과 적용이 타당한 것으로 나타났다. 본 연구에서 분석된 결과를 근거로 전염소 공정이 도입된 정수장 수처리 공정에서 염소주입량을 실시간으로 예측 가능하게 함으로써 침전지 유출수에서 잔류염소농도를 일정하게 유지하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
The purpose of this study was to establish acceptable criteria for the design of simple water treatment plant in rural areas. To develop efficient simple water treatment methods for rural areas, water quality in the study areas was investigated and rapid and slow filtrations in pilot-scale were tested under various conditions. The main results of this study are as follows. It was found that the water qualities of the study areas exceed the drinking water standards, which implies that some treatments are required in rural areas. Treatment efficiencies of both rapid sand and dual-media (sand and anthracite) filtration without pre-treatment such as flocculation and sedimentation are very low, which were turned out to be unadequate for the rural areas. Treatment efficiencies of both vertical and horizontal slow filtration without chlorination are very high for consumed $KMnO_4, NH_3-N, NO_3-N$, turbidity, and very low for coliform and bacteria. Treatment efficiencies of both vertical and horizontal slow filtration with chlorination are very high over the most pollutants. A slow filtration with chlorination is efficient for the rural areas. An adequate depth of sand layer is over 60 cm. A horizontal filtration is more economical than a vertical filtration. A horizontal filtration can be operated for a relatively long periods of time without sand washing or replacement because clogging is removed by simple back-washing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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