폭기 및 폐순환 역삼투 공정을 이용한 소규모 수도시설 개선에 관한 연구

• Published in: Daehan hwan'gyeong gonghag hoeji Vol. 44; no. 11; pp. 436 - 443
• Main Authors: 이영주(Youngjoo Lee), 김성수(Seong-Su Kim), 서인석(Inseok Seo), 정관호(Kwanho Jeong)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한환경공학회 01.11.2022
• Subjects: 환경공학; Aeration; 폐순환식 역삼투; Natural radioactive materials; Blending; 소규모 수도시설; 자연 방사성물질; 혼합; Small-scale water supply facility; Closed-circuit reverse osmosis; 폭기
• ISSN: 1225-5025; 2383-7810
• DOI: 10.4491/KSEE.2022.44.11.436

목적: 본 연구에서는 자연 방사성물질, 질산성 질소, 불소 처리가 필요한 소규모 마을 상수도 시설을 개선하기 위하여 폭기 및 폐순환 방식의 역삼투(CCRO) 공정을 조합한 수처리 시스템을 도입하였으며, 도입 설비의 수처리 효율 및 블렌딩 효율을 평가하고자 하였다. 방법: 원수 및 각 단위공정들의 처리수 수질을 분석하여 주요 처리대상 오염물질 및 그 외 이온성 물질에 대한 제거율을 평가하였다. 또한, RO 처리수의 혼합비율에 따른 폐순환 방식의 역삼투(CCRO) 공정 설비가 갖는 운영적 특성 및 혼합비율 평가를 통해 소규모 수도시설에 대한 운영 효율을 검증하였다. 결과 및 토의: 원수에 포함된 라돈은 2시간의 폭기를 통해 최대 86%, 역삼투 공정을 통해 우라늄 98.9%, 질산성 질소 85.5%, 불소 82.8%가 제거되었다. 그 외 이온성 물질의 경우에는 평균적으로 80% 이상이 제거되었다. 아울러, RO 처리수 혼합비율을 75% 까지 높일수록 정수 수질이 좋아지는 장점이 있지만, 높은 여과유량(1.8 ㎥/hr)으로 인해 CCRO 운영상 고압(7.6 bar) 운전이 필요하여 상대적으로 높은 고유전력소비(0.27 kWh/㎥)를 확인할 수 있었다. 결론: 폭기 및 RO 공정을 조합한 정수처리 시스템 도입으로 주요 처리대상 오염물질들이 효과적으로 제거됨을 알 수 있었다. 또한 국내 첫 실용화 사례인 폐순환 방식의 역삼투(CCRO) 설비의 안정적인 운영 및 처리효율을 확인할 수 있었다. 폭기 및 RO 처리수의 혼합을 통해 고품질 수돗물 생산이 가능하였으며, 고농도 오염물질 유입시에도 먹는물 수질기준을 만족할 수 있을 것으로 예상한다. Objectives: A water treatment system, combining aeration and reverse osmosis (RO) processes, was introduced to improve water supply facilities in a small village where additional water treatment was required due to high concentrations of natural radioactive substances, nitrate nitrogen, and fluoride. In this study, CCRO(Closed-circuit reverse osmosis) was first introduced for commercial use in Korea. With this system, we evaluated its water treatment efficiency and effectiveness of blending the aerated water and RO permeate for improved waterworks in rural areas. Methods: The removal rate of major pollutants and other ionic substances was evaluated by analyzing the water quality of raw water and unit processes. In addition, the operational efficiency of a small-scale water supply facility was verified and optimized by evaluating a change in operational characteristics depending on the blending ratio of the treated waters by aeration and CCRO processes. Results and Discussion: Up to 86% of the radon contained in raw water was removed by the aeration process within 2 hours, and 98.9% of uranium, 85.5% of nitrate nitrogen, and 82.8% of fluoride were removed by the RO process. In the case of other ionic substances, more than 80% was removed on average by the RO process. The higher blending ratio of RO permeate up to 75% resulted in the better quality of the final treated water. However, since requiring the high flux and pressure (at 1.8 ㎥/hr and 7.6 bar, respectively), CCRO operation resulted in a relatively high specific power consumption at 0.27 kWh/㎥. Conclusion: In this study, we found that the major contaminants (natural radioactive substances, nitrate nitrogen, and fluoride) were effectively removed by the water treatment system wherein the aeration and CCRO processes were combined. In particular, it was confirmed for the first time in Korea that the stable operation and water treatment efficiency of the CCRO process was satisfactory for commercial purposes. It could produce high-quality tap water through the blending of waters treated by aeration and CCRO, expecting that meeting drinking-water quality standards would be attainable even when raw water contains high-concentration pollutants. KCI Citation Count: 0