상수 원수에서 전기분해를 이용한 망간 제거에 관한 실험 연구

Abstract

Manganese is a natural component of the crust, derived from a water source. If it is not sufficiently treated in the water treatment process, it may cause the black water phenomenon of the tap water. In particular, the level of manganese emission in the lake can be varied from year to year depending on climatic and hydrological conditions. In Korea, high concentration manganese may be introduced into a water purification plant when conduction phenomenon of lake water generally occurs. Water quality standards in Korea have been steadily strengthened along with the increase of the number of items. Currently, 55 items including turbidity are being managed. Recently, the treatment of aesthetic substances has become increasingly important in water management. In this study, the effects of various types of electrodes, number of electrodes, contact time, and voltage on the removal of manganese were studied by using batch and continuous electrolysis equipment. The following conclusions were obtained through the analysis of manganese concentration. The difference in manganese removal rates between the SUS and Ti electrodes was almost the same in the batch type manganese electrolysis equipment. The removal efficiencies were 11.3% (2), 16.2% (4), and 25.5% (6) depending on the number of SUS electrodes at 0 to 15 minutes of electrolysis contact time. The removal efficiency of manganese from the Ti electrode was 9.3% (2), 18.1% (4), and 25% (6). In the continuous experiment, the manganese removal efficiency was 30.9% for the SUS electrode and 34.1% for the Ti electrode for a contact time of 60 minutes. As a result, the manganese removal rate also increased when the contact time increased. The efficiency of electrolysis tended to increase proportionally with the number of electrodes, but there was a little difference in efficiency between 2 and 4 electrodes. The number of electrodes of 6 showed higher removal rate than that of 2 and 4. It confirms that the number of electrodes is also proportional to the manganese removal rate. In addition, the most effective removal efficiency was shown when the voltage was 9V higher than 3V and 6V. Therefore, it demostrates that the electrolysis efficiency of manganese increases proportionally to the voltage.|수돗물의 안전성을 평가할 수 있는 지표중의 하나인 탁도는 최근 정부의 수질기준 강화와 수도사업자의 지속적인 정수처리 공정관리 개선으로 특광역시와 광역상수도 정수장에서 생산되는 수돗물의 경우 대부분 일평균 0.1NTU 이하로 유지되고 있다. 이에따라 일정 규모 이상의 정수장에서는 점토 계통의 탁도 유발물질로 인한 탁도 발생은 많지 않을 것으로 생각된다. 그러나 이러한 지속적인 수돗물 안전성 향상에도 불구하고 2005년 환경부와 국정홍보처가 전국의 18세 이상 65세 이하 일반 성인 남녀 3200명을 대상으로 실시한 여론조사결과 국민의 57.8%는 수돗물이 식수로 부적합하다고 생각하고 있으며 부적합하다고 응답자의 43.9%는 막연한 불안감을, 26.3%는 냄새를, 12.2%는 녹물을 부적합 사유라고 대답했다(환경부,2005). 조사기관과 방법에 따라 다소 차이는 있지만 막연한 불안감과 함께 심미적인 영향물질인 냄새, 탁도나 녹물 등이 수돗물 불신의 주요 원인으로 조사되었다. 시민이 느끼는 탁도는 정수처리 과정 중 충분히 제거되지 않은 망간에 의한 흑수 및 관 부식 등에 의한 적수(녹물)가 큰 비중을 차지할 것으로 판단된다. 즉 관내에 침전 또는 부탁된 부식 생성물과 흑색 혹은 흑갈색의 망간산화물 미립자가 수류 변동 등의 원인으로 수도꼭지를 통해 공급될 경우 많은 시민들은 탁도가 상승하거나 녹물이 발생하는 것으로 느낄 수 있기 때문이다. 일반적으로 망간은 철보다 산화되기 어려운 금속으로 중성단계에서는 공기에 의한 산화속도가 매우 느리며, 염소산화에도 촉매물질이 없는 한 산화속도가 매우 느리다. 망간은 지각의 약 0.1%를 구성하며, 지각에 고루 분포하고 있으며 (Williams등, 1986), 수돗물 중에 미량으로 존재하여도 급배수 과정 중 유리 잔류염소에 의해 산화되어 이산화망간으로 전환될 수 있으며, 이 경우는 망간이온으로 존재할 때와 비교하여 약 300~400배의 색도가 증가한다. 정수장에서 미처리된 망간이 급배수관에 유입되면 수돗물에 존재하는 유리잔류염소와 긴 체류시간 동안 지속적으로 반응하여 망간산화물로 전환되어 급배수관에 침전하거나 부착된다. 게다가 유량, 유속, 수압 등에 의한 수류 변동이 있을 경우 관내의 흑색 망간산화물이 수도꼭지에서 유출됨으로써 흑수의 원인이 된다. 원수에 존재하는 용존성 망간은 일반적인 정수처리공정에서는 거의 제거되지 않는다. 망간에 의한 장해가 발생할 수 있다면 망간 제거를 위한 별도의 처리공정이나 추가 처리가 필요하다. 우리나라의 정수처리 공정의 원수는 대부분 하천수를 사용하고 있으며, 계절적으로 망간의 농도 분포는 다르게 나타날 수 있다(김진근 et al., 2005). 원수 내의 망간의 농도가 높아지게 되면, 기존의 정수처리 공정을 거치면서 망간이 모두 제거되지 않을 수 있다. 일반적으로 하천수, 호소수, 지하수 등의 자연수에 존재하는 망간의 농도는 건강상에 문제가 되지 않는다. 그러나, 정수처리 공정에서 모두 제거하지 못한 망간은 급배수시스템에서의 유리잔류염소에 의하여 망간산화물로 산화되어, 흑수로 변하고 일반 가정으로 제공되는 수돗물에 불쾌한 맛과 냄새를 일으키는 등의 문제를 일으킨다. 주변 환경에 따라 원수의 망간 농도가 변화하기 때문에, 정수 처리 공정에서의 적절한 망간 제거 처리 공정이 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 상수 원수에서 발생한 망간의 처리와 망간 제거 공정의 고도화를 위한 전극처리공정 도입, 이 두 가지를 만족하기 위한 공정개발을 목표로 하였다. 이를 위하여, 다양한 전극과 전기분해시간의 조합을 구상하였으며, 그 실효성을 파악하기 위하여 인공시료를 제조하여 각 조건에 맞는 공정의 처리효율을 확인하였다. 또한 여러 가지 조건의 실험으로 전극처리공정의 최적인자 도축을 위한 기초자료를 마련코자 한다.