학습동아리 과제수행 실적 보고서

1. 동아리 기본개요

동아리 명칭	아리수 ThinkTank
운 영 진	회장 : 이 태 일 (연락처 : 3146-5441)		총무 : 정 희 중 (연락처 : 3146-5442)
회 원 수	총 회원수	내부회원		외부회원
	23명	23명		명
소 속	서울시 상수도사업본부 구의아리수정수센터
동아리 형태	▢ 핵심과제 학습동아리 ■ 자율과제 학습동아리(√ 학습형, 대안제시형, 직무발명형) ※ 핵심/자율 과제 학습동아리에 ■로 체크하며, 자율과제 학습동아리의 경우 해당 유형(학습형 등)에 √ 로 표시

2. ’14년 상반기 연구과제 수행성과

□ 연구과제

○ 제 목 : 전기전도도계를 활용한 NH3-N(암모니아성질소) 측정법 개발

○ 배 경 (선정이유)

- 기존 원수의 NH3-N 자동계측기(이온전극법, 인도페놀법) 문제점으로 인해

원수내 NH3-N 농도 급변시 적정한 전염소처리에 어려움이 있으므로

- 전기전도도계를 활용한 NH3-N 정량분석법을 개발하여, 전염소 운영 효율화 필요

○ 문제점

- 응답시간 및 측정주기가 길고, 정량한계가 낮다(고농도 측정 불가)

- 측정값의 반복성과 재현성이 낮고 유지관리비가 많이 든다.

⇒ 초기강우시 원수 NH3-N농도 급변할 경우, 전염소처리 어려움 발생

○ 수행기간 : 2014. 01. ～ 2014. 5.

○ 참여인원 : 아리수 ThinkTank 동아리 회원 12명

□ 연구과제 수행과정 및 방법

○ 동아리 회원간의 소통 활성화로 연구과제 추진 동기 부여 (직장 연구분위기 조성) ○ 매달 1회(수요일)이상 동아리 분임별 회의 실시로 문제점 파악 및 해결방안 모색

○ 동아리 회의에서 NH3-N 실시간 측정법 개발에 관한 연구계획 수립

- 전기전도도계를 활용한 NH3-N 측정에 관한 연구계획(운영과-1014, ‘14.03.17)

○ 동아리 회의 및 외부기관(상수도연구원)을 통해 협업과 과제 수행

- 전년도 특허 출원건( 정수처리 공정에서 염소투입량 결정방법)관련 특허청            1차 심사결과에 따른 의견제출 통지(‘12.3.12.)에 대한 대응 회의

- NH3-N와 전기전도도 상관분석 방법 및 시료수 제조방법 도출 회의

- NH3-N 제거후 전도도 측정을 위한 수중의 NH3-N제거 실험관련 회의

- 전력부하관리에 따른 정수처리 효율화방안 관련 상수도연구원과 기술간담회 실시

□ 연구과제 수행성과 요약

▶ 취수장에 설치된 수질계측기(전기전도도계)를 활용하여 암모니아성질소(NH3-N)

와의 상관관계를 분석함으로써 NH4+ 정량분석 가능성 확인

▶ 자연탈기 방법에 의한 NH4+ 제거후 전도도 측정방법, 차염소산나트륨 첨가

방법에 의한 NH4+ 제거후 전도도 측정방법 등을 다양하게 적용할 수 있는

실험 ․ 연구를 통해 전염소 투입 공정을 효과적으로 할 수 있는 방안 제시

○ 전기전도도와  NH3-N농도 상관관계 분석 ; 1차 함수 관계

- 증류수 바탕 : 전기전도도 = 9.5599 × NH3-N농도 + 0.2732

[NH3-N농도 = (전기전도도– 0.2732 ) ÷ 9.5599]

- 원수 바탕 : 전기전도도 = 7.9284 × NH3-N농도 + k

[NH3-N농도 = (전기전도도– k ) ÷ 9.5599], k=원수전도도

⇒ 전도도를 이용한 NH4+ 정량분석 가능성 확인

○ NH3-N 정량분석을 위한 수중의 NH4+제거후 전도도 측정을 NH4+제거 실험

- 자연탈기 방법에 의한 NH4+ 제거후 전도도 측정 방법

: 반응시간이 커서 실시간 정량분석법으로 적용 어려움

- 차염소산나트륨 첨가방법에 의한 NH4+ 제거후 전도도 측정

: 측정범위 벗어나 정량분석법 적용 어려움

- 수중의 NH4+을 MAP(Magnesium Ammonium Phosphate) 침전제거후

전도도 측정 실험 진행

□ 연구과제 수행실적

○ 전기전도도와 NH3-N농도 상관관계 분석

1) 증류수 바탕 실험

- 증류수에 NH4Cl 용액투입으로 제조한 시료수 NH3-N농도(0~100mg/L)와

전도도의 직선성 확인 ※ 저농도에서는 직선성이 낮음

- 낮은농도(NH3-N<1.0mg/L)에서 셀상수 0.1인 전도도 전극측정시 셀상수 1.0인 전극과 비교시 R2가 0.938에서 0.9995로 상승

[NH3-N(0~100mg/L)와 전도도 상관관계, 셀상수 1.0]

[NH3-N(0~100mg/L)와 전도도 상관관계, 셀상수 1.0과 0.1인 전극 비교]

⇒ 측정범위에 따라 전극을 선택하여 측정 필요

⇒ 전기전도도 = 9.5599 × NH3-N농도 + 0.2732

[NH3-N농도 = (전기전도도– 0.2732 ) ÷ 9.5599]

2) 원수 바탕실험

- NH3-N농도(C mg/L)을 알지 못하는 원수에 NH4Cl 용액투입으로 제조한 시료수의 NH3-N농도와 전도도의 상관관계 확인

[원수 NH3-N와 전도도 상관관계, 셀상수 1.0]

⇒ 전기전도도 = 7.9284 × NH3-N농도 + k

[NH3-N농도 = (전기전도도– k ) ÷ 9.5599], k=원수전도도

∴ 위의 실험으로부터 수중의 NH4+ 이온 농도 증가에 따라 전기전도도가

직선적으로 증가하는 것을 확인

○ NH3-N 정량분석을 위한 수중의 NH4+ 제거후 전도도 측정을 NH4+제거 실험

1) 자연탈기 방법에 의한 NH4+ 제거후 전도도 측정

- 반응식 : NH4+ + OH → NH3 + H2O(pH 9.25에서 평형)

: 시료의 pH을 상승시켜 NH4+을 NH3가스로 전환시켜 제거하는 방법

- 증류수 바탕 NH4+ 10mg/L 100mL에 0.1N NaOH 2mL 첨가후 전도도 측정 • 0.1N NaOH 2mL 투입전 전도도 : 95.5us/cm, pH 6.3 • 0.1N NaOH 2mL 투입직후 전도도 : 469us/cm, pH 11.6

[0.1N NaOH 2mL 첨가후 전도도 측정값 변화]

⇒ 반응경과시간 180분 이후에도 반응종결 안됨

⇒ 실시간 정량분석 방법에는 적용 어려움

2) 차염소산나트륨 첨가방법에 의한 NH4+ 제거후 전도도 측정

- 반응식 : NH4+ + NaOCl → NH2Cl + NaOH

: NH4+을 결합잔류염소로 전환시켜 제거하는 방법

- 차염소산나트륨 용액 투입후 전도도 측정범위 벗어나 적용 어려움

3) 수중의 NH4+을 MAP(Magnesium Ammonium Phosphate) 침전제거후

전도도 측정 실험 진행중

- 반응식 : Mg2+ + NH4+ + PO43- → MgNH4PO4·6H2O(MAP)↓

- 정반응조건 : pH가 높고, Mg2+과 PO43-가 과량 일때

- NH4+제거를 위한 적정시약 제조 실험중

□ 성과의 업무반영 실적(계획)

○ 새로운 측정법을 적용한 실시간 NH3-N 자동계측기 운영

- NH3-N 측정값 신뢰성 향상으로 적정 전염소 대처가 가능하므로 정수

처리 공정 효율화 및 소독부산물 저감에 의한 수질개선

- 수질자동계측기 유지관리비용 저감 및 염소 사용량 저감에 의한 예산절감

□ 수범사례

○ 전년도 연구성과에 대한 특허 출원 : 특허 등록 결정(‘14.5.22)

- 제 목: 정수처리 공정에서 염소투입량 결정방법

3. 기여자 명단

소 속	직렬	직급	이 름	기여도(%)	연락처(핸드폰)
구의아리수정수센터 정수과	공업	5	이태일	10	#############
	공업	6	정희중	10	#############
	공업연구	연구사	김성재	15	#############
	공업연구	연구사	경규선	10	#############
	공업	7	조평대	10	#############
	공업	6	윤현진	10	#############
	공업	7	정미선	10	#############
	환경	7	유동구	5	#############
	공업	7	김대용	5	#############
구의아리수정수센터 정수시설과	공업	6	이한경	5	#############
	공업	7	강석윤	5	#############
구의아리수정수센터 행정관리과	행정	7	민주홍	5	#############
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