여 과 방 법

1. 자연적 여과   2. 여과 공정   3.여과의 목적   4.여과 방법

    여과는 물속의 부유물질을 제거하는 공정으로 투과성 여과포나 다공성 여과재를 사용한다. 이러한 여과는 자연적으로 발생하기도 하는데 지하수를 대표로 들 수 있다. 지하수는 지표면의 물이 땅속으로 스며들어 형성된 것으로 물이 스며드는 과정에서 토양에 의해 여과된다. 즉, 지하수는 토양에 의해 여과되기 때문에 지표수보다는 수질이 좋다. 그러나 지하수의 근원이 지표수이기 때문에 다양한 오염물질의 영향을 받는 지표수의 수질은 지하수의 수질에 영향을 주게된다.

    일부 오염물은 인간에게 위협적일 수 있으며, 여과는 그러한 물질들을 제거하는 오래된 방법 중 하나로 현재도 폭넓게 사용하고 있다. 많은 곳에서 물의 여과하여 사용하기 위해 다양한 여과방법을 사용하고 있다. 여과의 방법으로는 완속·급속 모래여과, 규조토 여과, 직접여과, 막여과, 카트리지여과 등이 있다.

1. 자연적 여과
  자연적 여과는 지표수가 다공성의 토양층을 통과해 대수층으로 들어가는 과정에서 발생하며 대부분의 부유물질이 여과된다. 지표수는 동물과 인간에 직접적인 영향을 주며, 산업활동에 의한 오염으로 인해 인간에게 각종 질병을 유발할 수 있다. 그러나 자연적인 여과에 의해 형성된 지하수는 지표수보다는 수질이 좋다.


2. 여과공정
  일반적인 여과과정은 보통 coagulation, flocculation, sedimentation의 과정을 거친다. 그러나 직접여과의 경우는 앞의 coagulation, flocculation만 거친다. 그것은 flock이 필터에서 바로 여과되기 때문이다. 여과공정의 전처리공정에는 다음 공정 중 하나 또는 모든 공정이 사용된다.

1) 약품주입과 급속혼합
  약품의 주입은 수처리 효율을 높이기 위해 사용하며, pH조정과 응집기능을 함께 수반한다. 또 약품의 원활한 혼합을 위해 baffle이나 static mixer 등이 사용된다.

2) 응 집
  약품이 투입된 물은 응집조로 이동되고 거기에서 부유물질들은 colloid를 형성하고 더 무거운 flock이 된다. 이 과정에서 완속교반과 적당한 체류시간을 유지해 주어 flock이 형성되는 것을 촉진시킨다.

3) 침 전
  유속을 감소시켜 flock으로 응집된 부유물질을 침전시킨다. 이 공정은 중력에 의한 침강속도가 유속보다 더 커야 침전이 이루어지므로 유속을 침강속도 이하로 유지해 주어야 한다. 이렇게 침강된 flock은 sludge를 형성하며 이 sludge는 주기적으로 제거된다.


3. 여과의 목적
  여과는 보통 물리적, 화학적 공정의 조합에 의해 이루어진다. 물리적 공정인 기계적 straining은 여재의 세공크기에 따라 부유물질 중 일부만 제거하는 방법이다. 또 침적 또한 중요한 공정으로 부유물질들이 여재의 표면 또는 이미 침전된 부유물에 의해 여과되어 쌓이게 된다. 화학적 공정은 물리적인 제거공정이 원활히 수행되도록 도와주는 역할을 한다. 즉 입자의 크기가 filter의 세공 크기보다 작은 입자들을 응집시켜 크기를 증가시키거나 filter의 표면에 미생물에 의한 오염발생을 예방하는 것과 같은 역할을 한다.


4. 여과방법
1) 완속 모래여과
  완속 모래여과기는 1m내외의 고운 모래층과 그 아래에 30cm정도의 자갈층 그리고 하부 배출장치 등으로 구성된다. 물은 상부로 유입되고 모래와 자갈층을 거쳐 하부에서 집수되어 배출된다.

  ① 장 점
 
  • 가격이 저렴하다.
  • 운전이 간단하다.
  • Giardia cyst를 99.9%이상 제거가 가능하다.
  • 운전공정 중 불필요한 추가공정이 없다.

  ② 단 점
 
  • 탁도가 높을 경우 적용이 불가능하다.
  • 표면에 쌓인 불순물을 제거해 주어야 한다.
  • 상대적으로 많은 부지가 필요하다. (1∼4ℓ/min/㎡)

  ③ 처리공정
 
  • 연속적으로 운전되며 하부 배출 시스템의 배출관에 있는 조정변에 의해 연속적인 운전이 가능하다.
  • 여재인 모래층 상부 표면에서 물리, 화학 그리고 생물학적 작용이 발생한다.
  • 생물학적 slime이나 침전층은 "schmutzdecke"(얇은 유기물 층)형태로 나타나며 여재층의 표면에서 물속에
        존재하는 부유물 및 유기물등을 여과한다.
  • 완속 모래여과기는 coagulation, flocculation 공정이 필요 없으며 또한 침전공정도 필요 없다.

  ④ 여과장치
 
  • 일반적으로 소형설비는 콘크리트 구조물로 만들어지며 상부 덮개는 목재 또는 콘크리트 등으로 만들어진다.
  • 배관은 주철관이나 PVC배관을 주로 사용하며, 각 여과기의 처리유량을 측정하기 위해 유량계가 사용된다.
  • 겨울철의 설비 동결을 막기 위해 별도의 구조물을 설치해 주고 난방, 조명, 환기시설을 해 주어야 한다.

  ⑤ 약품사용
  완속 모래여과기에는 염소살균을 하지 않는다 그 이유는 염소를 사용하게 되면 schmutzdecke를 파괴하게 되어 여과효과가 감소하기 때문이다.

2) 규조토 여과
  규조류의 화석을 여재로 사용하는 것으로 일반적으로 규조토 여과라 한다. 이 규조토를 다공성 지지재나 여과 cartridge의 표면에 몇 mm(대략 3mm) 두께로 적층 및 coating하여 사용한다. 이 여과재는 압력용기 내에서 물을 가압시켜 통과시키거나 진공으로 흡입통과 시키는 방법을 사용한다.

  ① 장 점
 
  • 이 여과방법은 운전이 간단하고 포자, 조류, 석면 등의 제거에 효과적이다.
  • 초기 투자비가 적게들고 긴급상황이나 계절적인 과부하가 걸릴 때 유용하게 사용할 수 있다.

  ② 단 점
 
  • 이 여과방법은 미생물 수치와 탁도가 낮은 물에서만 사용할 수 있다.
       : 10 NTU (nephelometric turbidity unit)이하
  • 바이러스를 효과적으로 제거하기 위해 응집제 첨가와 여과가 필요하다.
  • 여과 지지재에 규조토의 두께를 일정하게 유지 시켜주는 것이 필요하다.

  ③ 처리공정
 
  • 규조토 여과기의 운전 및 유지를 위해서는 규조토 공급장치가 필요하며 효과적인 탁도제거를 위해서
        공급량을 적절하게 조정해야 한다.
  • 사용된 규조토는 주기적으로 제거되며 대략 1∼4일마다 역세를 해 준다.
  • 주기적으로 규조토가 적층되는 지지재의 손상여부를 관찰한다.

  ④ 여과장치
 
  • 규조토의 최소 사용량은 지지재의 면적당 약 1kg/㎡이다.
  • Giardia cyst의 효율적인 제거를 위해서는 규조토의 적층두께가 3mm에서 5mm로 두꺼워져야 한다.

  ⑤ 약품사용
  바이러스, 박테리아, 탁도의 효율적인 제거를 위해서 응집제를 사용한다.

3) 직접 여과
  직접여과는 전통적인 여과방법과 유사하다. 그러나 침전공정이 생략된다.

  ① 장 점
 
  • 효과적인 직접여과방법은 90∼99%의 virus 제거, 10∼99.99%의 Giardia 제거가 가능하다.
  • 직접여과 방법으로 Giardia를 제거하기 위해서는 응집공정을 반드시 거쳐야한다.

  ② 단 점
 
  • 직접여과 방법은 높은 수질을 요구하는 시스템이나 계절적인 유량변동이 없는 곳에 사용한다.

  ③ 처리공정
 
  • 직접여과는 여러 가지 처리공정으로 구성되어 있다.
  • 처리공정에는 항상 응집과 여과공정이 수행되며 응집공정 후 flocculation tank가 추가적으로 사용되기도 한다.

  ④ 여과장치
 
  • 이중 또는 혼합여재는 침전공정 없이 탁도를 효율적으로 제거한다.

  ⑤ 약품사용
 
  • 일반적인 응집제의 사용농도는 1∼30ppm이다.
  • 양이온계 polymer는 종종 훌륭한 응집효율을 나타내며 직접여과에 도움이 된다.
  • 비이온계 polymer는 종종 여과의 효율을 높이기 위해 여과단계에 첨가된다.

4) Package 여과
  Package 여과는 약품투입, 응집, 침전, 여과 등 간단하게 모든 여과의 과정을 수행한다. 이 방법은 여과의 모든 공정을 하나의 system화한 장치를 사용한다. 이 방법은 지표수의 탁도, 색도, 미생물등을 제거하는데 많이 사용되며 공원, 야영장, 공사현장 등 규모가 작은 처리설비를 위해 주로 사용된다.

  ① 장 점
 
  • 설비의 크기가 작다.
  • 경제적이다.
  • 운전이 간단하다 .
  • 자동운전이 가능하다.

  ② 단 점
 
  • 원수의 탁도 부하가 높고 가변적일 경우 운전에 주의를 기울여야 한다.

  ③ 처리공정
 
  • 일반적인 설비의 처리량은 하루 100∼20,000㎥ 정도이다.
  • 운전시 가장 중요한 요소는 원수의 온도, 탁도, 색도 등을 들 수 있다.

  ④ 여과장치
 
  • 대부분의 설비는 하나의 단위설비처럼 하나의 skid에 구성된다.

  ⑤ 약품사용
 
  • 설비 운전자가 상주하지 않거나 원수의 수질 변화가 클 경우 약품주입을 조정하는 것은 매우 중요한 요소이다.
  • 운전자는 설비와 처리공정에 대한 사항을 숙지하고 있어야 한다.

5) Membrane 여과
  Membrane은 cellulose acetate(CA) 또는 polyamide(PA), Polysulfonate 재질의 반투성 막으로 수직방향으로 압력이 가해질 경우 물속의 불순물을 분리해 내는 얇은 막이다.

  ① 장 점
 
  • Membrane 여과는 작은 설비와 자동운전의 장점으로 소형 수처리에 많이 사용된다.
  • Membrane 여과는 물에 맛, 색도, 냄새를 유발하는 미생물, 유기물, 부유물 등의 제거가 가능하다.

  ② 단 점
 
  • 운전과정에서 membrane의 오염이 발생할 수 있다. 만약 오염되었을 경우 일부는 해결이 어려울 수도 있다.

  ③ 처리공정
 
  • Membrane 여과는 sprial-wound, hollow fiber 형태의 membrane에 고압으로 물을 통과시켜 불순물을 제거한다.
  • 유기물 및 각종 오염물질은 막을 통과하지 못하고 남게 되는데 주기적으로 이것들을 제거해 주어야 한다.
  • Membrane은 압력용기나 cartridge 내부에 장착되어 사용된다.

  ④ 여과장치
 
  • Membrane을 이용한 여과를 위해서는 경우에 따라서 적절한 전처리가 필요하다.
  • 공급 Pump, 세정 pump 등이 필요하다.

  ⑤ 약품사용
 
  • Membrane을 잘 유지하기 위해서는 주기적인 세척과 약품세정이 필요하다.

6) Cartridge 여과
  Cartridge 여과는 최근 사용되기 시작한 방법으로 소형 system의 미생물, 탁도제거를 위해 사용된다.

  ① 장 점
 
  • 운전 및 유지관리가 편리하다.
  • 탁도가 비교적 낮은 물을 처리하는 소형 system에 적당하다.

  ② 단 점
 
  • 원수의 탁도가 낮아야 한다.
  • Polypropylene 재질의 filter는 비교적 빨리 오염되며 주기적으로 새것으로 교체해야 한다.
  • 운전 및 유지관리가 편하나 자동화되어 있지 않고 유지비가 많이 든다.

  ③ 처리공정
 
  • Cartridge filter는 물리적인 여과공정에 사용한다.
  • 제거가능한 입자의 크기는 0.2㎛ 정도이며, 그 이하도 가능하다.
  • 식수를 처리하기 위한 filter의 적당한 세공 크기는 0.2∼1㎛정도이다.
  • Cartridge filter의 빠른 오염을 막기 위해 급속 모래여과, 다층여과공정 등을 전처리로 사용하기도 한다.

  ④ 여과장치
 
  • Cartridge 여과는 ceramic 또는 polypropylene 재질의 filter를 압력용기에 장착하여 사용한다.

  ⑤ 약품사용
 
  • Filter 표면의 미생물 증식방지를 위해 살균제가 사용된다.
  • 살균을 제외한 다른 약품의 사용은 없다.

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