MIEX DOC Resins 소개 

          

수돗물에 들어있는 용존유기탄소(DOC)의 비용 효율적 관리는 오늘날 수처리산업이 직면하고 있는 중요한 문제들 중의 하나이다. DOC는 처리수의 맛과 냄새, 외양, 응집, 소독부산물 생성 등에 중요한 영향을 미친다.

DOC 제거를 위한 전통적인 방법은 복잡한 수처리 공정들을 수반했고, 많은 자본금을 필요로 하며, 운영비 또한 현저히 많이 든다.

Orica Watercare는 선도적인 두 연구기관(CSIRO Division of Molarcular Science와 South Australian Water Corporation)과 협력하여 수돗물에서 DOC를 제거하기 위하여 MIEX DOC Resin을 결합시킨 단순하고 혁신적인 공정을 개발했다. MIEX DOC Resin은 마그네틱 성분이 있는 고용량 이온교환수지로서 특허받은 제품이다.

이 마그네틱 레진과 독특한 연속식 이온교환공정을 결합함으로써, 수처리관계자들에게 저렴하고 환경친화적인 DOC 제거공정을 공급할 수 있게 되었으며, 새로운 수질 기준을 달성할 수 있게 되었다. MIEX DOC Resin은 다음과 같은 장점을 가지고 있다

● DOC 제거 비용 저렴하다.

● 소독부산물의 생성이 현저하게 감소한다.

● 색도가 감소한다.

● 다양한 원수 수질에 따라 조정가능한 융통성 있는 연속식 공정이다.

● Coagulant 투입량과 화학슬러지 부피가 현저하게 감소한다.

● 소독에 필요한 염소 요구량이 감소한다.
 

Applications :

DOC 제거
DOC는 수돗물 처리시에 많은 악영향을 미치는데, 그 예로는 다음과 같은 것들이 있다 :

● DOC가 소독제와 반응하므로 약품요구량과 소독부산물이 증가한다.
● Coagulant와의 반응을 느리게 하여 응집효과가 떨어지고 coagulant 요구량이 증가한다.
● 미생물의 먹이로 작용하여 물분배시스템에서 박테리아의 성장을 초래한다.
● 제거할 활성화합물과 경합하므로 활성탄의 성능을 저해한다.
● 멤브레인을 오염시키므로 여과능력을 저하시킨다.

MIEX DOC Resin은 DOC 제거에 아주 효과적
대규모 실험을 통하여, 원수를 MIEX DOC Resin으로 전처리하면 처리수의 DOC 레벨이 현저하게 감소함을 입증하였다.
                               

위 그래프에서, alum 응집을 이용하여 달성할 수 있었던 최저 DOC 레벨은 3mg/L였다. MIEX DOC Resin으로 전처리한 후에는 alum 투입량을 현저하게 감소시켰음에도 DOC는 1mg/L 이하로 감소하였다.

MIEX DOC Resin은 저분자량의 DOC를 제거하는 데 효과적
MIEX DOC Resin은 강화된 응집방법으로도 제거할 수 없는, 분자량이 작은 DOC를 제거하는 데 특히 효과적이다. 이것은 처리수의 DOC 레벨과 소독부산물의 생성 가능성을 낮추어준다.  

                         

소독부산물(DBP)의 감소

1970년대에 수돗물에서 소독부산물(DBP)들이 검출되어, 인체에 해로움을 줄 수 있는  DBP에 대한 새로운 수처리 기준을 도입하게 되었다. 트리할로메탄(THM), 할로아세트산(HAA)과 같은 화합물은 물 속에 용존해 있는 유기탄소가 소독제와 반응하여 생성되는 것이다. 가장 효율적인 해결책은 소독을 하기 전에 DBP 전구물질을 제거하는 것이다. 전통적인 수처리 기술로는 엄격하게 강화된 DBP 기준을 맞출 수 있을 만큼 DOC 레벨을 낮출 수 없었다. 그러나 MIEX DOC Resin을 적용하면 저렴한 비용으로 DOC 레벨을 낮출 수 있다.
                          

MIEX DOC Resin의 적용

MIEX DOC Resin은 수돗물중의 용존유기탄소(DOC)를 제거하기 위해 만들어진 것으로 연속식 이온교환공정에서 이용된다. MIEX DOC Resin은 전통적인 정수장에서 flash mixer같은 교반식 반응조(stirred contactor)에서 DOC를 제거하기 위해 개발된 것이다. MIEX DOC Resin 입자는 전통적인 이온수지입자보다 훨씬 작은데, 크기가 180um(80mesh)정도이며 contactor vessel에서 DOC가 빠르게 교환될 수 있도록 해준다. 그래서, 균일하게 혼합된 contactor에서 효율적인 대량이송이 가능하기 때문에 DOC 제거에는 매우 낮은 농도의 레진만이 요구된다.
       
다음으로, 레진 서스펜션은 레진을 회수하여 재생하는 분리단계를 통과한다. 자기성성분은 레진 입자 구조내에 분산되어 있다. 그래서 settler를 통과할 때 작은 레진 입자들이 빠르게 응집하여 큰 입자가 되어 빨리 가라앉는다. 레진 회수율은 settler rise rate가 10m/hr(4gpm/sf)일 때 99.9% 이상이다. 가라앉은 대부분의 레진은 공정 앞부분으로 재순환되고, 반면에 작은 일부분은 제거되어 재생하는 곳으로 보내진다. MIEX DOC Resin은 NaCl 용액에서 재생되는데, 붙어있는 유기물이 염화이온으로 치환되어 고농도의 천연유기물이 생성된다. 이러한 연속적인 공정은 전통적인 이온교환공정과는 현저한 차이가 있다.

전통적인 이온교환칼럼은 이온교환능력이 점진적으로 떨어져 처리수의 수질을 저하시킨다. 결국에는 원하지 않는 이온이 새나와서 처리수가 허용할 수 없는 수질이 되는 시점에 이르게 된다. 이 시점에서 칼럼을 오프라인으로 제거하여 레진을 재생하여야 한다.

이와는 달리, MIEX DOC Rein은 전체 이온교환시설이 연속적으로 운영되는 공정에서 이용된다. 결과적으로 DOC가 미리 지정한 레벨로 제어되어 처리수가 일관된 수질을 가지게 된다.  전통적인 이온교환공정과는 달리 이러한 연속식 공정은 고형물을 제거하기 위해 전처리를 할 필요가 없으며, 그래서 처리과정 초기의 원수를 처리하는 데 이용될 수 있으며, 또는 마지막에 마무리 단계로도 이용될 수 있다. MIEX DOC Resin이 원수의 DOC를 제거하는 데 이용될 때는, 더 나아가서 처리수(treatment downstream)의 탁도를 제거할 필요가 있다. 또한 settler에서 넘어온 소량의 레진에 의해 유발된 미소한 탁도증가때문에, 여과공정이 수반될 필요가 있다.
 

 MIEX DOC Resin이란 ?

MIEX라는 이름은 Magnetic Ion Exchange에서 나온 것이며, 이온교환수지 입자 구조내에 마그네틱 성분이 들어 있어서 입자들이 독자적인 약한 자석처럼 행동한다. 약 180um 정도의 매우 작은 레진 입자는 표면적이 커서 빠른 흡착운동이 가능하다. settler에서 이들 마그네틱 입자들이 응집하여 빠르게 레진 플록이 되어 가라앉는다.

MIEX DOC Resin은 수돗물의 DOC를 제거하기 위해 특별히 만들어졌다. 물과 접촉할 때 음으로 하전된 DOC는 레진표면의 활성부분에 있는 염화이온과 교환되어 제거된다. 이렇게 함으로써 DOC 레벨이 감소하고, 처리수의 염화이온 레벨이 다소 증가한다(2~4mg/L). DOC와 결합한 레진은 재생공정에서 역이온교환반응을 하는데, 진한 NaCl 용액내에서 레진에서 해리된 DOC 자리에 염화이온이 치환된다. MIEX DOC Resin은 연속적인 수처리 공정에서 이용하기 위하여 특별히 개발되었으며, 이러한 용도에 맞게 최적의 크기, DOC 교환 특성, 내마모성, 자기성을 가진다.