The slow sand filtration can’t treat effectively the high turbidity of water which is larger than 500NTU in the rainy seasons. Because, the maximum limit of influent water in sand filtration is 10 NTU. Another problem is that sand filtration requires a large volume and high installation charges. Also, it is difficult to remove $20\mu m~30\mu m$ particles which is very small size.
Considering the problems of sand filtration, it is required to establish a plan solving the limitation of sand filtration for effective drinking water treatment.
This study estimates the application of two-step filtration with two-step coagulation system to treat the high turbidity water in drinking water treatment systems. This research is conducted to achieve the following subjects.
First, When the high turbidity water comes into the system, it is to compare the effect of coagulation through analysis of the removal of turbidity between two-step filtration system and two-step filtration with two-step coagulation system.
Second, When the high turbidity water comes into the system, it is to find out the mechanism of two-step coagulation.
The final turbidity removal of two-step filtration is Min. 95%~Max. 97% when the raw water turbidity is 100NTU. The turbidity removal of two-step filtration with two-step coagulation is 99% in the final treated water.
The analysis of particle size distribution is conducted to examine the mechanism of the two-step coagulation. In the two-step filtration with the two-step coagulation, the result shows that the reaggregation of once-broken flocs or wholly disaggregated particles is bigger than first aggregation of single particle and flocs. This is because the hydrodynamic force decreases dramatically after the first filtration. The important thing is that the reduction of power affects the size of reaggregated flocs. The hydrodynamic force reduction in pipe means the drop of shear rate to act on flocs. The G-value which means the mixing intensity in pipe fell to $336sec^{-1}$, from $633sec^{-1}$ after the first filtration.
The effect of two-step coagulation is confirmed by analyzing particle size distribution. The particles which are less than $0.7\mu m$ and come out after first filtration are removed through the two-step coagulation. Also, the particle size of reaggregated flocs increased because of the effect of the two-step coagulation. In two-step filtration with two-step coagulation, the size of the largest particle increased while passing each sampling point. These results show that two-step coagulation can prevent filter blocking and improve the efficiency of filtration.
In conclusion, the results demonstrate that the two-step filtration with two-step coagulation system which shows high turbidity removal(99%) and reaggregation effect is applicable to treat high turbidity water in the rainy seasons.
현재 정수처리장 내 모래여과는 장마철에 발생하는 고탁도 원수를 효과적으로 처리할 수 없다. 왜냐하면 완속 모래 여과지 유입수의 한계탁도는 10NTU정도이기 때문이다. 또한, 기존의 모래 여과는 부피가 크고, 설치비가 많이 소요된다. 또한, $20~30\mu m$ 이하의 작 은 입자는 제거율이 낮다는 문제점을 지니고 있다. 따라서 고탁도 원수 처리에 있어서 모래여과의 문제점 해결을 위한 효율적인 정수처리 방안이 요구되고 있다. 본 연구는 고탁도 원수를 효율적으로 처리하기 위한 방안으로 2단 응집 및 2단 여과 방식의 적용 가능성을 판단한다. 이를 위해 본 연구는 크게 아래의 주제에 대해 연구를 수행하였다.
첫째, 고탁도 원수 유입에 따른 2단 여과 시스템과 2단 응집 및 2단 여과 시스템의 탁도 제거 효율을 분석을 통해 응집효과를 비교한다.
둘째, 고탁도 원수 유입에 따른 2단 응집 및 2단 여과 시스템에서 탁도 물질의 입도분석을 통해 2단 응집의 매카니즘을 규명한다.
실험결과 원수 탁도가 100NTU인 고탁도일 경우 2단 여과의 탁도 제거율은 95%~97%이다. 2단 응집 및 2단 여과의 탁도 제거율은 99%이다.
2단 응집의 매카니즘을 규명하기 위해서 입도분석을 실시하였다. 입도분석 결과 2단 응집 및 2단 여과 시스템의 경우 1단 여과 후 재응집된 입자들의 크기가 최초응집시 발생하는 입자들의 크기보다 크게 형성되었다. 왜냐하면 수리동력학적인 힘이 1단 여과를 통과하면서 급격하게 감소하였다. 중요한 점은 감소된 수리동력학적 힘이 재응집된 입자크기에 영향을 미쳤다는 것이다. 관내 수리동력학적인 힘의 감소는 입자에 작용하는 shear rate의 감소를 의미한다. 관내 혼화강도를 표현하는 G값은 1단 여과 전 $633sec^{-1}$ 에서 1단 여과 후 $336sec^{-1}$ 로 거의 50% 정도 크게 감소하였다.
또한, 입도분석을 통해 2단 응집은 효과가 있음이 확인되었다. 2단 응집을 통해 1단 여과 후에 나타난 $0.7\mu m$ 이하의 작은 입자들을 제거하였다. 재응집된 플록들도 2단 응집을 통해 입자크기가 증가하였다. 2단 응집을 적용한 경우에는 샘플링 포인트가 지날수록 증가하였다. 즉, 2단 응집을 할 경우 여재폐색을 방지하고, 여과효율을 높일 수 있다고 판단된다.
결론적으로 본 연구는 탁도제거율이 높고 재응집의 효과가 크게 나타난 “2단 응집 및 2단 여과공정”이 고탁도 원수 처리에 있어서 적용 가능함을 증명하고 있다.
