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비점오염 여과장치 여재의 처리성능 및 역세척효과 분석
Abstract
The stormwater is a typical urban non-point source. About 80% of pollutants in stormwater are present in particulate phase and attached to particles transported in suspension, with under 100 µm particle size. Therefore, various pollutants are associated with particles, it has been suggested that the removal of SS is critical for the treatment of a wide range of stormwater pollutants. This study has been carried out to evaluate the applicability of three filter media and backwashing effect for treatment of stormwater micro-particle pollutants. Upflow type column filter was used for to treat micro particles. Three filter materials were selected for this study: PP, Ball type fiber media, and Ceramic media. SEM image analysis was performed to view of three media surface structure. As the results of PP, Ball, Ceramic media filtration, the mean removal efficiency of SS were 80.5%, 78.4%, 80.0%, respectively. The range of mean particles size, D<sub>Mean</sub> for influent and effluent were 12.35~42.32 µm and 1.58~31.16 µm, respectively. Based on SS load mass balance, the results of filter recovery rate for PP, Ball, Ceramic media were 95.0%, 92.0%, 89.7%, respectively.
Key words: Stormwater, Filter media, Backwashing effect, SEM
요약
도시지역에서 대표적 비점오염원인 강우유출수는 오염물질의 80% 이상이 100 µm 이하의 미세입자에 흡착, 부착되어 거동하는 특성을 가진다. 본 연구에서는 강우유출수 내 미세입자를 제거하기 위해 여과컬럼을 이용하여 3가지 여재(PP media, Ball type fiber media, Ceramic type media)에 대한 여과성능을 비교하고, 처리 전･후 미세입자 입경분포, 고형물질부하량 등을 분석하였다. 여과 전･후 여재 표면, 공극 변화, 미세입자 부착특성 등을 관찰하기 위해 주사전자현미경사진을 측정하였다. 또한, 역세척에 의한 여재 여과 회복율을 분석하고자 고형물질 물질수지를 분석하였다. SS제거효율은 PP>Ball>Ceramic media 처리효율 순서로 평균 값 기준으로 각각 80.5%, 80.0%, 78.4%를 나타내었다. 각 여재에 대한 유입수 평균입경(D<sub>Mean</sub>)범위는 12.35~42.32 µm이며 유출수 평균입경범위는 1.58~31.16 µm를 나타내었다. 역세척 후 여재 여과 회복율은 PP, Ball, Ceramic media에 대해 각각 95.0%, 92.0%, 89.7%, PP media>Ball type fiber media>Ceramic media 순으로 여과 회복율이 높은 것으로 분석되었다.
주제어: 강우유출수, 여재, 역세척효과, 주사전자현미경사진
1. 서 론
최근 비점오염원에 대한 중요성과 문제점을 인식하고 다양한 비점오염 처리공법을 모색하는 연구들이 진행되고 있다. 강우유출수는 합류식하수관(combined sewer)과 분류식우수관(separated sewer)을 통하여 공공수역으로 배출되는 대표적인 도시지역 비점오염원이다[ 1, 2]. 강우유출수는 대표적인 비점오염원으로서 불규칙한 발생, 많은 종류의 유해물질의 함유, 극단적인 유량 변동 폭 등으로 기존 하수처리공법으로는 처리가 불가능하다[ 1]. 강우유출수의 입경은 콜로이드 크기인 1 µm 이하부터 10,000 µm까지 넓은 입경범위를 가지고 있다[ 3]. 또한, 강우유출수 내 오염물질의 80% 이상이 100 µm 이하의 미세입자에 흡착, 부착되어 거동하는 특성을 가진다. 2 µm 이하의 점토크기 입경 입자들은 큰 비표면적과 높은 반응성을 가지고 있어 오염물질의 주된 이송매체 역할을 한다[ 4]. 강우유출수 내 100 µm 이하의 미세입자를 처리하면 입자에 부착, 흡착상태 유기성, 무기성 오염물질을 동시에 제거할 수 있는 효과를 가진다[ 5, 6]. 도시 비점오염원을 처리하기 위한 처리시설 중에서 여과형 처리시설은 여과, 흡착 등에 의해 비점오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다[ 2]. 여재를 이용하는 비점오염 처리장치의 경우 여재 막힘으로 인하여 처리효율이 감소하고 여재 교체비용이 많이 소요되는 유지관리상 문제점 등이 지적되고 있다[ 7~ 9]. 여재 막힘으로 처리효율감소, 여재교체 비용 등을 감안하면 역세척 효과가 우수하고 내구성이 좋은 비점오염처리 장치 여재 개발이 필요한 실정이다. 장치형 비점오염처리시설 중에서 오염물질 제거율이 가장 확실한 여과형 비점오염처리 장치는 그 적용성이 높다. 하향류식 입상 여과는 가장 많이 이용되고 있는 비점오염처리시설로 처리효율은 높지만 여재 폐색, 여과층 내에 포획된 오염물재유출 등의 문제점이 있다. 하향류식 여과의 대안으로 제시된 상향류식 여과는 처리효율이 하향류식에 비해 낮고 일정한 운전시간이 경과하면 여재 내 고형물질들이 돌파되어 유실 가능성이 있다. 비점오염 저감시설은 SS의 연간 제거효율 80% 이상을 목표로 하여 설계해야 하며 제거효율이 80%에 미치지 못할 경우 여러 시설을 조합하여 구성해야 한다[ 10]. 여과형 비점오염 처리시설에 적용되고 있는 여재들은 매우 다양하지만, 고농도 미세입자들을 가진 강우유출수를 여과만으로 처리하는 것은 여재교체 비용 등의 한계가 있다. 2015년부터 설치되는 여과형 비점오염 처리시설은 강우가 종료되면 역세척을 실시하여 여재 내 포획된 고형물을 제거하도록 규제하고 있으며, 비점오염 처리시설의 역세척 방법으로는 대부분 처리수를 여재에 순환시키는 역세방식을 사용하고 있다[ 11, 12]. 환경부는 여재 내 포획된 고형물을 완전하게 제거하기 위해서는 공기세척+수세척의 방법을 권장하고 있다[ 10]. 여과형 비점오염 처리시설의 역세척 실시 전･후의 여재 세척효과, 처리효율의 변화, 고형물질 물질수지에 의한 여재 성능효과 분석, 여과 후 입자물질 막힘 현상, 공기주입속도 등 역세척에 관련된 연구는 다수 발표되고 있다[ 13~ 15]. Kim 등은 제올라이트, 화산석, 발포성 유리, 폴리에틸렌 등 여재 처리특성을 분석한 결과 유입수 농도변화, 성상, 여재공극, 유입수 주입방식에 따라 처리효율이 다르므로 다양한 인자들을 설계시 반영해야 한다고 하였다[ 16]. 여과 시 손실수두는 수질에 대한 영향은 작고 여과속도에 영향을 받는 것으로 보고하였다[ 17]. 공기세척은 여재 표면에 부착된 입자성물질을 강한 난류 전단력을 가하여 탈리시킨다. 상향류 여과형 비점오염원 저감에 관한 연구에서 여과속도를 10~40 m/day로 운전하였을 때 고농도 유입수로 인하여 여재의 막힘이 여과속도에 직접적인 영향이 있다고 하였다[ 9]. 본 연구에서는 여과컬럼을 이용하여 3가지 여재에 대한 여과성능을 비교하고, 처리 전･후 미세입자 입경분포(particle size analysis), 고형물질부하량 등을 분석하였다. 여과 전･후 여재 표면, 공극 변화, 미세입자 부착특성 등을 관찰하기 위해 주사전자현미경사진을 측정하였다. 또한, 역세척에 의한 여재 여과 회복율을 분석하고자 고형물질 물질수지를 분석하였다.
2. 연구재료 및 방법
2.1. 여과컬럼 장치구성 및 여재특성
여재 처리특성을 분석하기 위하여 실험실 규모의 여과컬럼 장치를 설계 및 제작하였다. 투명아크릴 재질의 여과칼럼은 단면적 100 cm 2, 높이 110 cm이고, 칼럼 높이 조정, 유지관리 등을 고려하여 30 cm 단위 칼럼 모듈로 설계하였다. Fig. 1과 같이 여과칼럼 장치는 상향류 방식으로 하부 유입부에는 유입관, 역세척 공기주입노즐, 하부배부관으로 구성하였다. 상부 유출부는 유출관, 여재고정판, 여재높이 조정 지지대, 스테인레스 망을 설치하였다. 여과칼럼은 15 cm 간격으로 압력계, 시료 채수밸브가 있으며, 주변 장치로는 원수저류조 및 교반장치, 유입수 주입펌프, 유출수 저류조, 에어 컴프레셔, 유량계, 바이패스 밸브 및 배관 등으로 구성하였다. 여과칼럼에는 Fig. 2와 폴리프로필렌(Polypropylene)과 폴리에틸렌(Polyethylene)을 혼합하여 만든 직사각형 5 mm 크기의 PP media, 화산재를 소성가공한 원형 4~5 mm 크기의 Ceramic type media, 섬유상여재를 팽창시킨 원형 3~4 cm크기의 Ball type fiber media를 60 cm 충진하였다. 여재 표면특성, 공극, 조직 치밀성 등을 관찰하기 위해 주사전자현미경사진(SEM, scanning electron microscope)을 측정하였으며, Fig. 3은 50배율 측정사진을 나타낸 것이다. PP media는 조직이 접합된 형태이며 공극이 크고 규칙적인 구조를 나타내었다. Ball type fiber media는 섬유가 엮어져 있는 구조로 공극은 크게 발달되어 있지만 불규칙적 구조를 보여준다. Ceramic type media의 경우 세공과 거대세공이 규칙적으로 발달되어 있는 구조로 거친 표면, 비표면적을 가지고 있다.
2.2. 여과칼럼 운전 및 분석방법
초기강우 유출수를 모의하기 위해 실험에 사용한 입자들은 도로변 퇴적물질과 하수관거 퇴적물질 중 미세입자들을 이용하였다. 퇴적물질 시료 10 kg을 채취하여 수돗물에 희석 후 체(sieve)입경 200 µm를 통과한 입자와 수돗물을 혼합하여 탁도계를 이용하여 SS가 350 mg/L 전･후가 되도록 하였다. 원수 저류조 용량은 1,000 L이고 250 rpm으로 교반 혼합하여 입자들이 부유 상태를 유지하도록 하였다. 유량조절이 가능한 원심펌프를 이용하여 원수를 여과칼럼 하부에 주입시켰으며, 바이패스 밸브를 이용하여 미세 유량을 조절하였다. 3 L 비이커를 이용한 시간-용량법으로 유출수 유량을 측정하였다. 여과칼럼 운전 동안에는 10 min 간격으로 유입수, 유출수 시료를 채수하였으며, 역세척 동안에는 여과칼럼 하부배출수 시료와 배출량(L)을 측정하였다. 처리속도는 20 m/h (480 m3/m2/day)를 일정하게 유지하였으며, 수두손실 변화는 여과칼럼에 압력을 측정하여 산정하였다. 채수된 시료는 탁도, SS, 그리고 입경분포 등을 분석하였다. SS는 시료 120 mL를 채수하여 수질공정분석법에 준하여 분석하였고, 탁도는 HACH사 탁도계(측정범위 0~4,000 NTU)를 사용하였다. 입경분석기(particle size analyzer, SALD-2101, Schmadzu)를 이용하여 채수 시료 별 평균입경, 10%, 60%, 90% 통과입경(DMean, D10, D60, D90)을 분석하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1. 여재별 처리특성
여과칼럼에 60 cm의 여재를 충진하여 비점오염 처리특성을 분석하였다. 3종류 여재를 각각 400 min (6.67 h) 운전하였으며 5회 역세척을 실시하였다. 시료는 10 min간격으로 채수하였고 80 min (1.33 h) 운전 후에는 역세척을 실시하였다. 각 여재에 대한 칼럼여과 처리유량은 유사하게 운전하였으며, 수면적 부하율을 기준한 처리속도(surface overflow rate, SOR), 고형물 부하량(kg/m 2), 유입수, 유출수의 탁도, SS, 제거효율 등을 Table 1에 정리하였다. 처리효율은 식 (1)을 이용하여 산정하였으며 여재별 40개로 총 120개 시료를 분석한 결과이다. 여기서, CI는 유입수 농도, CO는 유출수 농도이다.
PP, Ball, Ceramic media의 탁도 제거효율은 각각 40.0~66.1% (평균 50.9%), 24.8~57.0% (평균 57.0%), 그리고 25.0~56.0% (평균 44.3%)로 분석되었다. SS제거효율은 PP, Ball, Ceramic media에 대해 각각 78.0~83.2% (평균 80.5%), 67.1~82.5% (평균 78.4%), 그리고 77.2~81.8% (평균 80.0%)를 나타내었다. 비점오염 저감시설 처리효율기준 80%를 만족시키는 여재는 PP media와 Ceramic media로 분석되었다. SS제거 효율 평균 값을 기준으로 PP>Ceramic media>Ball 순서로 처리효율이 순서를 나타내었다. 세가지 여재의 처리효율은 큰 차이를 나타내지 않았지만, Ceremic media의 경우 운전, 역세척 반복에 의해 여재가 마모되어 작은 입자로 변하는 것이 관찰되어 PP가 가장 적합한 여재로 판단되었다. Fig. 4에는 운전시간에 따른 여재별 탁도, SS의 유입･유출농도와 제거효율을 나타내었다. 운전시간과 역세척에 따른 여재별 누적고형물부하량(kg/m 2) 변화를 Fig. 5(a), 누적고형물부하량과 SS제거효율과의 관계를 Fig. 5(b)에 나타내었다. 고형물부하량 증가에 대한 SS제거효율과의 유의한 상관성은 없는 것으로 분석되었는데, 본 실험의 운전조건에서는 고형물 증가에 따른 SS제거효율에 영향은 관찰되지 않았다. 여과형 비점오염 처리시설 설계기준에서 고형물부하 4~6 (kg/m 2)에서도 막힘이 발생하지 않은 여재 조건을 3종류 여재들은 모두 만족시키는 것으로 분석되었다[ 10].
3.2. 여과 전･후 입경분포 변화
유입수와 유출수 시료에 대하여 입경분석을 실시하였다. Shimadzu SALD 2101 프로그램을 이용하여 입자수는 부피를 기준으로 하였고, 분포함수는 Rosin-Rammler로 설정하여 0.01~1000 µm까지 0~100% 누적입경분포를 산정하였다[ 18]. 분석한 시료수는 각 여재별 유입수, 유출수 80개이며 총 240개의 자료를 분석한 결과이다. 각 여재별 유입수와 유출수의 누적 입경분포를 분석한 결과 평균입경(D Mean), 10% 누적입경(D 10), 60% 누적입경(D 60), 90% 누적입경(D 90)을 Table 2에 요약하였다. 각 여재에 대한 유입수 평균입경(D Mean)범위는 12.35~42.32 µm이며 유출수 평균입경범위는 1.58~31.16 µm를 나타내었다. 240개 분석자료를 그래프로 표현하기 위해 유입수는 0.01~1000 µm 입경별 누적입경분포 결과(80개 측정자료)의 평균값을 정리하였다. 유출수의 경우 0.01~1000 µm 입경별 누적입경분포 결과(여재별로 40개 측정자료)의 평균값을 산정하여 여과 전･후의 입경별 누적입경분포를 Fig. 6에 나타내었다. 유입수의 평균 D10, D60, D90은 각각 4.5 µm, 45 µm, 120 µm를 나타내고 있다. 유출수의 평균 D10, D60, D90은 PP media 1.5 µm, 18 µm, 35 µm, Ball type fiber media 2.5 µm, 20 µm, 42 µm, 그리고 Ceramic type media 1.2 µm, 18 µm, 40 µm를 각각 나타내었다. 3종류의 여재 유출수의 D60값은 유사한 결과를 나타내었다.
3.3. 역세척에 의한 여과 회복율 분석
강우 시 도시지역에서 발생하는 초기유출(first flush)현상은 일반적으로 초기유출이 발생한 시점 이후에 오염물질농도는 희석되어 감소하는 특성을 나타낸다[ 19]. 여과형 비점오염 처리시설은 고농도의 초기유출수를 처리했을 경우 미세 고형물질과 흡착된 오염물질들이 여재 내 축적되어 다음 강우가 발생하는 경우 여재에서 돌파되어 배출된다[ 1, 11]. 고속여과를 이용한 도시비점오염 처리 연구에서도 유입수 탁도를 150 NTU로 운전하였을 때 90분마다 수돗물을 이용하여 역세척을 실시한 바 있다. 또한, 유입수 탁도를 300 NTU로 운전하고 여과속도를 증가시키면 처리효율은 급격히 감소하는 결과를 보고한 바 있다(Park et al., 2008). 도시지역 강우 초기유출수 농도는 유역특성에 따라 다르지만 대체로 SS기준으로 200~600 mg/L의 범위를 가진 고농도이므로 여재 막힘에 따른 처리효율 감소 발생시간이 매우 짧아질 수 있다[ 4, 5]. 역세척은 여과지 내 여재기능을 재생하는 과정으로 급속여과법의 성패를 좌우하는 중요 공정의 하나이다. Choi 등은 물, 물과 연속적인 공기의 주입, 물과 간헐적인 공기의 주입 등 3가지 역세척 방법에 대한 세정효과를 분석하였는데, 물과 연속적인 공기주입이 효과 높다고 보고하였다[ 15]. Amirtharajah는 여재를 통과하는 공기의 최소유동화 속도에 의해 여재 심층부로부터 공기의 공동(cavity)이 형성된다고 하였고 이를 collapse-pulsing 현상이라고 하였다[ 20].
Fig. 7은 칼럼여과 후 역세척 전에 PP, Ball fiber media에 대한 50배율, Ceramic media는 200배율 SEM 측정 사진 결과이다. 여과 전 여재 상태인 Fig. 3과 비교하면 PP와 Ball fiber media에 입자물질이 부착되어 공극이 감소된 상태를 확인 할 수 있다. Ceramic media의 경우 표면에 입자들이 세공과 거대세공의 막힌 상태로 표면에 부착 상태를 보여주고 있다.
본 연구에서는 3종류 여재를 각각 6.67 h 운전하였으며 1.33 h 간격으로 총 5회 역세척을 실시하였다. 역세척은 여재 내 잔류수를 20% 공기 주입속도 30 m3/m2/h (공기유량 5 L/min)로 1차 역세 후 배수 하였으며, 처리수를 여재 칼럼에 채운 후 공기 주입속도 30 m3/m2/h로 2차 역세 후 배수 하였다. 5 min동안 역세척을 2회 반복하여 여재에 부착･흡착된 물질들을 제거하였다. 1,2차 배수된 역세척 수량(L)를 측정하였고 배수된 역세척 수의 SS농도를 측정하였다.
역세척에 의한 여재 여과 회복율을 분석하기 위해 칼럼여과장치에 대한 고형물 물질수지 Fig. 8과 같이 적용하였다. 식 (2)는 역세척 후 여과칼럼 여재에 잔류된 고형물량(kg)을 산정한 식으로, 운전시간 동안 유입된 고형물 총량에서 처리수와 역세척 후 하부배출된 고형물 총량에 대한 물질수지 식이다. 식 (3)은 역세척 후 여재에 남아 있는 고형물질량을 유입 고형물질 총량으로 나누어 여재 여과 회복율(%)으로 표현한 것이다. 여기서, QI, QO=유입수와 유출수 유량(m3/day), CI, CO=유입수와 유출수 SS농도(mg/L), ΔT=운전기간(h), CU1, CU2=하부배출수 SS농도(mg/L), VU1, VU2=여과칼럼 하부배출수량(L)이다.
유입수, 여과칼럼, 칼럼 내 정체수 배수, 역세척수 배수, 그리고 유출수에 함유된 고형물질량 등 총 5회 역세척 분석자료와 물질수지 산정 값 평균을 Table 3에 정리하였다. 여과칼럼에 유입된 SS량(kg)에 대한 역세척 후 여과칼럼내 SS잔량(kg) 백분율은 PP, Ceramic, Ball media에 대해 각각 4.97%, 10.53%, 그리고 8.00%로 산정되었다. 역세척 후 여재 여과 회복율(%)은 PP, Ceramic, Ball media에 대해 각각 95.0%, 89.7%, 그리고 92.0%로 PP media>Ball type fiber media>Ceramic media 순으로 여과 회복율이 높은 것으로 분석되었다.
4. 결 론
여과형 비점오염 처리장치에서 발생하는 막힘, 처리효율 감소, 여재 교체비용 등의 유지관리상 문제점에 대한 대안으로 역세척 효과가 우수한 여재 선정과 개발이 중요하다. 본 연구에서는 상향류식 여과컬럼을 이용하여 Polypropylene과 Polyethylene을 혼합하여 만든 PP media, 화산재를 소성가공한 원형 Ceramic type media, 섬유상여재를 팽창시킨 원형 Ball type fiber media의 여과성능을 분석하였다. 여과 컬럼 전･후 미세입자 입경분포, 고형물질부하량 등을 분석하여 역세척에 의한 여재 여과 회복율을 분석하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1) 여재를 SEM 측정한 결과 PP media는 조직이 접합된 형태이며 공극이 크고 규칙적인 구조, Ball type fiber media는 섬유가 불규칙한 공극 구조, Ceramic type media의 경우 거친 표면에 세공과 거대세공이 규칙적으로 발달되어 있는 구조를 가지고 있다.
2) 여과 칼럼에 PP, Ball, Ceramic media 충진하여 400min 운전하고, 5회의 역세척을 실시한 결과 SS제거효율은 PP, Ball, Ceramic media에 대해 각각 78.0~83.2% (평균 80.5%), 67.1~82.5% (평균 78.4%), 그리고 77.2~81.8% (평균 80.0%)를 나타내었다. 세 가지 여재의 SS제거 효율 평균 값을 기준으로 PP>Ceramic media>Ball 순서로 처리효율은 큰 차이를 나타내지 않았지만, Ceremic media의 운전지속에 따른 마모현상이 관찰되어 PP가 가장 적합한 여재로 판단되었다.
3) 고형물부하량 증가에 대한 SS제거효율과의 유의한 상관성은 없는 것으로 분석되었으며, 3종류 여재 모두 설계기준 4~6 (kg/m2)을 모두 만족시키는 것으로 분석되었다.
4)각 여재에 대한 유입수 평균입경(DMean)범위는 12.35~42.32 µm이고, 유출수 평균입경범위는 1.58~31.16 µm로 유입수 보다 약 10 µm 감소한 것으로 분석되었다.
5)역세척 후 여재 여과 회복율(%)은 PP, Ceramic, Ball media에 대해 각각 95.03%, 89.67%, 그리고 92.00%로 PP media>Ball type fiber media>Ceramic media 순으로 여과 회복율이 높은 것으로 분석되었다.
Acknowledgments
이 논문은 2017년 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단과 ECOSTAR의 지원을 받아 수행된 기초연구사업입니다(No.2017R1D1A1B03033724).
Fig. 1.
Installation of stormwater filtration column system. 
Fig. 2.
Experiment filter column media. 
Fig. 3.
SEM images of filter media (50×). 
Fig. 4.
Influent and effluent turbidity, SS concentration and removal efficiency using three types of media. 
Fig. 5.
The variation of cumulative loading rate, and the relation between solid loading with SS removal efficiency. 
Fig. 6.
Particle size distributions (PSDs) for influent and effluent from the column filtration system operation results using three types of media. Each of influent and effluent data set is mean PSDs. 
Fig. 7.
SEM images of filter media after filtration. 
Fig. 8.
Backwashing effect analysis based on solids mass balance. 
Table 1.
Summary of the column filtration system operation results using three types of media
|
Media |
Range |
Flowrate (m3/day) |
SOR (m3/m2/day) |
SS Load (kg/m2) |
Influent
|
Effluent
|
E(Turbidity) (%) |
E(SS) (%) |
|
Turbidity (NTU) |
SS (mg/L) |
Turbidity (NTU) |
SS (mg/L) |
|
PP |
Min |
4.6 |
460.8 |
1.1 |
99.8 |
329.0 |
46.7 |
62.0 |
40.0 |
78.0 |
|
Max |
4.9 |
493.7 |
9.7 |
133.0 |
387.0 |
69.5 |
76.0 |
64.1 |
83.2 |
|
Mean |
4.8 |
480.1 |
5.3 |
119.7 |
352.5 |
58.4 |
68.6 |
50.9 |
80.5 |
|
Ball type fiber |
Min |
4.6 |
457.6 |
1.1 |
103.0 |
311.0 |
48.6 |
62.0 |
24.8 |
67.1 |
|
Max |
5.1 |
511.5 |
9.7 |
131.0 |
385.0 |
86.5 |
114.0 |
57.0 |
82.5 |
|
Mean |
4.8 |
482.6 |
5.3 |
119.9 |
349.8 |
72.9 |
75.5 |
39.1 |
78.4 |
|
Ceramic type |
Min |
4.6 |
460.3 |
2.3 |
108.0 |
330.0 |
55.0 |
62.0 |
25.0 |
77.2 |
|
Max |
5.0 |
502.0 |
10.0 |
130.0 |
376.0 |
87.0 |
80.0 |
56.0 |
81.8 |
|
Mean |
4.8 |
481.7 |
5.9 |
118.0 |
349.2 |
65.6 |
71.2 |
44.3 |
80.0 |
Table 2.
Statistics of particle size distributions for influent and effluent
|
Media |
Range |
Influent (unit: µm)
|
Effluent (unit: µm)
|
|
DMean
|
D10
|
D60
|
D90
|
DMean
|
D10
|
D60
|
D90
|
|
PP |
Min |
20.53 |
2.83 |
34.60 |
76.54 |
1.58 |
0.01 |
2.99 |
5.67 |
|
Max |
42.32 |
17.18 |
59.02 |
168.39 |
22.64 |
11.42 |
58.98 |
129.63 |
|
Mean |
25.71 |
4.98 |
42.10 |
109.38 |
10.16 |
4.34 |
15.44 |
29.54 |
|
Ball type fiber |
Min |
23.74 |
5.65 |
35.57 |
75.82 |
8.84 |
1.75 |
14.13 |
34.66 |
|
Max |
42.23 |
11.82 |
66.84 |
158.83 |
22.71 |
9.76 |
29.01 |
58.56 |
|
Mean |
30.47 |
7.64 |
45.67 |
98.86 |
18.10 |
6.77 |
24.33 |
43.69 |
|
Ceramic type |
Min |
12.35 |
1.12 |
24.17 |
89.95 |
1.78 |
0.61 |
2.37 |
2.94 |
|
Max |
32.14 |
5.69 |
53.82 |
176.14 |
31.16 |
9.70 |
43.78 |
83.90 |
|
Mean |
24.83 |
3.53 |
43.85 |
130.80 |
14.15 |
4.51 |
19.81 |
37.95 |
Table 3.
Summary of the SS load mass balance for filter media
|
Operation |
Parameter |
Media
|
|
PP |
Ceramic |
Ball |
|
Influent |
QI (m3/d) |
4.80 |
4.83 |
4.80 |
|
Operating time (h) |
1.33 |
1.33 |
1.33 |
|
SSI (mg/L) |
353.10 |
343.57 |
348.03 |
|
SSL (kg) |
0.09 |
0.09 |
0.09 |
|
Percent of SS Load (%) |
100.00 |
100.00 |
100.00 |
|
Filter Column |
QI (m3/d) |
4.80 |
4.83 |
4.80 |
|
Volume (L) |
10.00 |
10.00 |
10.00 |
|
Media volume (L) |
6.00 |
6.00 |
6.00 |
|
Media depth (cm) |
60.00 |
60.00 |
60.00 |
|
Media volume/Volume (%) |
60.00 |
60.00 |
60.00 |
|
Retention time (min) |
1.87 |
1.87 |
2.70 |
|
Filter area (m2) |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
|
Linear velocity (m/h) |
20.07 |
20.10 |
20.07 |
|
Residual SS load after backwashing (kg) |
9.37 |
9.27 |
8.87 |
|
SOR (m3/m2/day) |
481.53 |
482.07 |
481.83 |
|
Redidual SS Load/Total SS Load (%) |
0.00 |
0.01 |
0.01 |
|
Residual SS Load/Total SS Load (%) |
4.97 |
10.53 |
8.00 |
|
Underdrain |
V (total underdrain) L |
1.97 |
2.00 |
1.97 |
|
SS (underdrain) (mg/L) |
3,286 |
4,353 |
4,147 |
|
SS (underdrain) Load (kg) |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
|
SS (underdrain)/SS(in) (%) |
7.30 |
9.43 |
8.77 |
|
Backwashing |
Backwash water (L) |
5.45 |
5.53 |
5.47 |
|
Q (air) (L/min) |
5.00 |
5.00 |
5.00 |
|
Q (air) Injection rate (m3/m2･h) |
30.00 |
30.00 |
30.00 |
|
SS (backwashed water) mg/L |
6,003 |
5,151 |
5,458 |
|
SS (backwashed water) Load (kg) |
0.03 |
0.03 |
0.03 |
|
Residual SS Load/Total SS Load (%) |
33.18 |
29.73 |
30.60 |
|
Effluent |
QO (m3/d) |
4.80 |
4.83 |
4.80 |
|
V (total teatment) (L) |
267.50 |
267.83 |
267.70 |
|
SS (out) |
68.33 |
70.67 |
76.67 |
|
SS (out) load (kg) |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
|
SS (out)/SS (in) % |
19.37 |
20.53 |
22.03 |
|
SS removal Efficiency (%) |
80.63 |
79.47 |
77.97 |
References
1. J. H.. Lee, K. W.. Bang, S. C.. Hong, Performance evaluation of hydrocyclone filter for treatment of micro particles in storm runoff, J. Korean Soc.Environ.Eng., 31(11), 1007-1018(2009).
2. H. S.. Kim, B. R.. Lim, S. K.. Lee, H. S.. Shin, S. P.. Choi, Removal of suspended solids and phosphorous in combined sewer overflows (CSOs) by filtration apparatus with expanded waste-glass filter media, J. Kon. Soc. Waste Manag., 36(1), 97-105(2019).  3. S. H.. Yang, M. J.. Lee, E. M.. Gwon, J. H.. Lee, A study on efficient backwashing of nonpoint pollution filtration facilities, J. Kor. Soc. Urban Environ., 18(1), 127-139(2018).
4. J. J.. Sansalone, J. Y.. Kim, Suspended particle destabilization in retained urban stormwater as a function of coagulant dosage and redox conditions, Water Res., 42(4-5), 909-922(2008). 5. J. H.. Lee, K. W.. Bang, J. S.. Choi, Jr. L. H.. Ketchum, Y. J.. Cho, The vortex separator for suspended solids treatment, Water Sci. Tech., 47(9), 335-341(2003). 6. J. H.. Lee, K. W.. Bang, Performance evaluation of backwash hydrodynamic separator filter for treatment of micro particles, J. Korean Soc.Environ.Eng., 34(10), 694-701(2012). 7. C. S.. Lim, D. G.. Kim, S. O.. Ko, Evaluation of downflow granular media filtration for stormwater treatment, J. Korean Soc.Environ.Eng., 34(10), 684-693(2012). 8. H. J.. Pack, H. O.. Baek, B. G.. Kim, Experimental study on the fouling of upflow non-point source filtering system, J. Kor. Soc. Water waste. & Kor. Soc. Water Environ., 68, 486-487(2008).
9. Y. H.. Choi, H. S.. Kim, C. R.. Kim, J. H.. Oh, M. S.. Kim, Evaluation of removal efficiency of construction site stormwater using mobile filtration treatment system, J. Kor. Soc. Water waste. & Kor. Soc. Water Environ., 120, 590-591(2008).
10. MOE, Installation and management of nonpoint pollution control facilities operation manuals Ministry of Environment pp. 8(2016).
11. S. H.. Kim, E. M.. Gwon, S. S.. Park, S. J.. Joh, C. H.. Lim, S. H.. Kang, Identification of operating parameters in auto-discharging filter system for treatment of urban storm water, J. Kor. Soc. Water Waste., 24(4), 377-386(2010).
12. R.. Shimazu, O.. Matsushima, T.. Meguro, Study on the simplified fiber filtration for CSO control 11th International Conference on Urban Drainage, United Kingdom, 1-10(2008).
13. J. J.. Sansalone, B.. Liu, J. Y.. Kim, Volumetric clarifying filtration of urban source area rainfall runoff, J. Environ. Eng., 135(8), 609-620(2009). 14. S. K.. Kim, H. C.. Kim, J. W.. Oh, J. W.. Ahn, Road runoff treatment using pilot scale-NPS treatment plant filling up expended polypropylene media, J. Korean Soc.Environ.Eng., 36(10), 711-718(2014). 15. S. I.. Choi, H. S.. Lee, Comparison of cleaning effect according to the different backwashing methods, J. Korean Soc.Environ.Eng., 18(12), 1521-1534(1996).
16. J. A.. Kim, B. J.. Kim, T. H.. Kim, J. R.. Park, I. S.. Choi, J. M.. Oh, Comparative evaluation on removal efficiency of filter media by influent concentration and inflow direction, J. Wat. Treat., 24(2), 27-37(2016).
17. D. M.. Son, M. H.. Jo, J. S.. Kim, L. S.. Kang, Optimization of coagulation and media filtration processes for low turbidity seawater, J. Korean Soc.Environ.Eng., 36(4), 251-257(2014). 18. Shimadzu Corporation, Particle Size Analyzer Model: SALD-2101.
19. J. H.. Lee, K. W.. Bang, L. H.. Ketchum, J. S.. Choe, M. J.. Yu, First flush analysis of urban storm runoff, Sci. Total Environ., 293, 163-175(2002). 20. A.. Amirtharajah, N.. McNelly, G.. Page, J.. McLeod, Optimum backwash of dual media filters and granuilar activated carbon filter adsorbers with air scour AWWA Research Foundation pp. 5-83(1990).
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