Jar Test (응집실험)의 설명과 방법

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jar test(응집실험)

1. 개요

Jar Test는 수처리 공정에서 응집제의 적정 투입량을 결정하기 위해 수행되는 실험이다. 이 실험은 원수(처리 전 물)의 특성에 따라 응집제의 종류, 투입량, 반응 조건 등을 최적화하여 수질을 개선하는 데 목적이 있다. 주로 탁도, 유기물, 색도 등을 제거하기 위해 사용된다.

2. 실험 준비

2.1. 실험 장비

• Jar Test 장비: 다중 교반기(6개 또는 4개의 비커를 동시에 교반 가능), 교반 날개, 속도 조절 장치 포함.
• 비커: 1L 용량의 투명한 유리 또는 플라스틱 비커(일반적으로 6개 사용).
• 피펫 및 피펫 팁: 응집제와 기타 약품을 정확히 계량하기 위해 사용.
• 탁도계: 실험 후 탁도 변화를 측정하기 위한 장비.
• pH 미터: 원수의 pH를 측정 및 조절하기 위해 필요.
• 스톱워치: 응집제 투입 및 교반 시간 관리를 위해 사용.
• 저울: 응집제 및 기타 약품의 질량을 측정하기 위한 전자저울.

2.2. 재료

• 원수: 실험 대상이 되는 처리 전 물(하천수, 호소수, 하폐수 등).
• 응집제: 황산알루미늄(Alum), 폴리염화알루미늄(PAC), 염화제2철(FeCl₃) 등.
• pH 조절제: NaOH 또는 HCl (원수의 pH를 조절하기 위해 사용).
• 증류수: 약품 희석 및 세척용.

2.3. 준비 과정

1. 원수를 채취하여 비커에 1L씩 분배한다.
2. 응집제 용액을 원하는 농도로 제조한다(예: 1% Alum 용액).
3. pH 미터를 사용하여 원수의 초기 pH를 측정하고, 필요 시 pH 조절제를 투입하여 목표 pH로 조정한다.
4. Jar Test 장비의 교반 날개를 비커에 맞게 설치하고, 교반 속도를 설정할 준비를 한다.

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3. 실험 방법

3.1. 실험 절차

1. 원수 준비: 각 비커에 원수 1L를 채우고, Jar Test 장비에 비커를 고정한다.
2. 응집제 투입: 각 비커에 서로 다른 양의 응집제를 투입한다(예: 10, 20, 30, 40, 50, 60 mg/L).
3. 급속 혼합: 응집제를 투입한 직후, 100~200 rpm으로 1~2분간 급속 교반하여 응집제가 원수와 균일하게 혼합되도록 한다.
4. 완속 혼합: 급속 혼합 후, 20~40 rpm으로 10~20분간 완속 교반하여 플록(Floc)이 형성되도록 한다.
5. 침전: 교반을 멈추고 20~30분간 침전시켜 플록이 가라앉도록 한다.
6. 샘플 채취: 각 비커의 상등액(상층부 물)을 채취하여 탁도, pH, 잔류 유기물 등을 분석한다.

jar test(응집실험)

3.2. 분석

• 탁도 측정: 탁도계를 사용하여 상등액의 탁도를 측정한다.
• pH 확인: pH 미터로 최종 pH를 측정하여 응집제 투입 후 변화 여부를 확인한다.
• 플록 크기 및 형상 관찰: 육안으로 플록의 크기, 밀도, 침전 속도를 평가한다.

4. Jar Test 장비 특징

• 다중 교반 시스템: 여러 비커를 동시에 교반하여 실험의 효율성을 높인다.
• 속도 조절: 급속 혼합(100~200 rpm)과 완속 혼합(20~50 rpm)을 자유롭게 설정 가능.
• 안정성: 비커를 고정하는 클램프와 안정적인 구조로 실험 중 흔들림을 최소화.
• 조명 기능: 일부 장비는 플록 형성을 관찰하기 위해 하단에 조명을 제공.

5. 주의사항

• 원수의 특성(탁도, pH, 온도 등)에 따라 응집제의 최적 조건이 달라질 수 있으므로, 다양한 조건을 실험해야 한다.
• 응집제 용액은 사용 직전에 제조하여 신선도를 유지한다.
• 교반 속도와 시간은 원수의 특성과 응집제 종류에 따라 조정한다.
• 실험 후 비커와 교반 날개는 철저히 세척하여 오염을 방지한다.

6. 결론

Jar Test는 수처리 공정에서 응집제의 최적 투입량과 조건을 결정하는 핵심 실험이다. 이 실험을 통해 탁도 제거 효율을 높이고, 경제적이고 효과적인 수처리 공정을 설계할 수 있다. 실험 결과는 실제 수처리 플랜트 운영에 직접 적용될 수 있으므로 정확한 실험 설계와 분석이 중요하다.

7. 참고문헌

• American Water Works Association (AWWA). (2011). Water Quality and Treatment: A Handbook on Drinking Water. McGraw-Hill Education.
• Crittenden, J. C., Trussell, R. R., Hand, D. W., Howe, K. J., & Tchobanoglous, G. (2012). MWH's Water Treatment: Principles and Design. Wiley.
• 대한상하수도학회. (2018). 상하수도공학. 구미서관.
• Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. (2017). 23rd Edition. American Public Health Association (APHA).