1. 탁절제거를 목적으로 자 테스트를 이용하여 최적 pH와 최적 응집제 주입량을 결정한다.
2. 독립침전실험을 통한 단립자 침전 시험을 직접 해보고 Stokes’ Law에 의한 침강속도를 구해본다.
실험 기구 및 시약
1. 실험 재료
1) Jar-Tester : 여러 개의 교반기에 의하여 상대적으로 가장 좋은 침정수를 얻을 수 있는 조건을 선택하는 장치이다.
2) pH meter, 탁도계, 온도계, 비커(2L), 황산반토
3) 0.1 - 0.01 N HCl 용액
4) 0.1 - 0.01 N NaOH 용액
실험 방법
1. 실험 과정
1) 알루미늄 등의 금속염응집제는 pH에 민감하여 반응하기 때문에 어떤 원수에 대하여 적정한 응집조건을 구하려고 한다면 최소한 응집제 첨가량과 pH의 두 지표에 대하여 2차원적인 실험을 해야 한다.
| 제 1 실험군 | 제 2 실험군 | |
| 실험조 | 1,2,3조 | 4,5,6조 |
| Kaolinite | 1.3g | 0.7g |
| 시험수 양 | 2L들이 비커 6개 분량 | 2L들이 비커 6개 분량 |
2) 먼저 시험수에서 floc이 형성되는 대략적인 응집제의 최소 주입량을 알기 위해 시험수 2L를 교반하면서 응집제를 1㎖씩 증가시키면서 주입하여 최초로 floc이 형성되는 최소 응집제의 주입량을 결정한다.
3) 2L의 시험수 6개 샘플에 1)에서 결정한 최소 응집제 주입량을 동일하게 첨가한 후 0.1～ 0.01 N HCl, NaOH로 pH를 6단계, 즉 pH 4 ～ 9 까지 1단위마다 조정한다.
4) 다음, 자테스트로 5～ 10분간 150rpm에서 급속교반을 한 후 floc이 침강하지 않을 정도의 rpm에서 10 ～ 20 분간 완속교반을 한다.
5) 완속교반 후 곧바로 자 테스터의 회전날개를 끌어올려서 정치하는데 정치시간은 floc의 침강상황에 따라 적당히 판정한다.
6) 따라서, 1) ～ 4)를 통해서 시험수에 대한 floc형성이 가장 잘 일어나는 최적 pH를 구할 수 있다. 여기서 최적 pH 결정은 각 샘플에 대한 상징수의 탁도를 측정하여 결정한다.
7) 다음은 최적 응집제 주입량을 결정하기 위해 2L 시험수 6개 각 샘플에 5)에서 결정한 최적 pH를 동일하게 한 후 응집제량을 각 샘플에 25～ 200% 까지 조정한 후 3)～ 5)의 과정을 거쳐서 최적응집제 주입량을 구한다.
실험 결과
1. 결과 분석
1) 측정 결과표 (제 2 실험군 시험수)
| 시험수 구분번호 | 응집제 주입량(㎖) | 응집제 주입률(%) | 탁도(NTU) | 비고 |
| 1 | 14 | 0.695 | 22.70 | 최초 floc 관찰시점 |
| 2 | 17 | 0.843 | 9.70 | |
| 3 | 20 | 0.990 | 7.94 | |
| 4 | 23 | 1.137 | 12.50 | |
| 5 | 26 | 1.283 | 16.40 | |
| 6 | 29 | 1.429 | 8.41 |
2) 응집제 주입량에 따른 탁도 그래프 (제 2 실험군 시험수)
3) 독립침전실험(Type 1 Settling) 측정 결과표
| 모래직경 | 1㎜ | 3㎜ | 5㎜ | 10㎜ | 비고 |
| 질량(g) | 0.009 | 0.045 | 0.062 | 0.508 | L=360㎜ |
| 골재 체적(㎣) | 4.189 | 113.097 | 523.599 | 4188.790 | 구체로 가정 |
| 질량밀도(kg/㎥) | 2148.592 | 397.887 | 118.411 | 121.276 | 998.2071kg/㎥ |
| 낙하시간(초) | 2.36 | 1.96 | 1.49 | 1.35 | 수온:22도 |
| 측정(m/s) | 0.153 | 0.184 | 0.242 | 0.709 | |
| 계산(m/s) | 0.647 | -3.040 | -12.375 | -49.339 | µ=0.969Ns/㎡ |
토의 사항
1. 실험 고찰
Jar-test 실험은 제대로 되지 못한 실험이였던 것은 분명하다. 3번에서 5번까지의 시험수는 그래프 상으로만 보아도 적절한 간격을 보이고 있어 비교적 잘 된 것같이 보였다. 1번과 2번 사이의 변화량과 6번 시험수의 결과가 문제 였던 것 같다. 1번과 2번상의 그래프는 다른 점들 사이의 그래프보다 월등히 차이가 난 것에 실험이 잘못됬음을 짐작할 수 있었다.
두 번째 독립침전실험은 서로 다른 직경의 모래알을 구했다. 직경만 따져서인지 무게라든지 다 제각각이었고, 다 물의 밀도보다 낮았다. 부피는 해당 직경을 가진 구체로 가정하였는데, 구체는 동일 직경으로 만들 수 있는 용기 중에 최대 용적을 가져서 따라서 원래의 재료보다 부피가 훨씬 커지게 되고 이와 반비례 관계인 밀도는 주어진 조건에서 최대한으로 작게 산정되었다. 침강속도와 비교하기 위하여 단순히 거리와 시간에 따른 속도도 계산하였다. 떨어뜨리는데 오차도 있음을 유의해야 할 것이다.
참고 문헌
수질오염방지기술(2012) - Metcalf, Eddy 저, 동화기술 출판, 김병욱 외 2명 역, 4th Edition
[환경공학실험]Jar Test(약품응집실험)
[환경공학실험]Jar Test(약품응집실험)
educhemup.blogspot.com
[Engineering/환경공학] - 환경공학실험 | Jar Test - 자 테스트
[Engineering/환경공학] - 환경공학실험 | Jar-Test
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