Zeta potential is a key parameter of double layer repulsion for individual particles and can usually be used to interpret the trend of coagulation efficiency. This study focused on the measurement of zeta potential of algae and clay under various experimental conditions including water characteristics (pure water, stream water, reservoir water) and coagulant dose (10~50 mg/L). Results showed that the variation of zeta potential was highly sensitive depending on the water characteristics and coagulation conditions. Zeta potential of two genera of algae (anabaena sp. and microcystis sp.) were changed highly with coagulant dosage, especially. On the basis of trajectory analysis, bubble-floc collision efficiency simulated in terms of zeta potential was fitted well with removal efficiency of chlorophyll-a from algae particles. It was found that the control of zeta potential was important for effective removal of algae particles.
In this investigation, ecotoxicity of nano and micro metal oxides, namely silica ($SiO_2$) and alumina ($Al_2O_3$), on the growth of green algae (Porphyridium aerugineum Geitler) is discussed. Effects of nano and micro particles on the growth, chlorophyll content and protein content of algae are analysed using standard protocols. Results indicate that $SiO_2$ nano and micro $SiO_2$ particles are non-toxic to P. aerugineum Geitler up to a concentration of 1000 mg/L. In addition, $Al_2O_3$ microparticles are less toxic to P. aerugineum Geitler, whereas $Al_2O_3$ nanoparticles are found to be highly toxic at 1000 mg/L. Moreover, $Al_2O_3$ nanoparticles decrease the growth, chlorophyll content, and protein content of tested algae. In addition, zeta potential and contact angle are also important in enhancing the toxicity of metal oxide nanoparticles in aquatic environment. This study highlights a new insight into toxicity evaluation of nanoparticles on beneficial aquatic organisms such as algae.
This study carried out zeta potential measurements of the Microcystis sp. under various solutions condition and investigated the characteristics of Microcystis sp. through the size control of microbubbles to eliminate algae that causes problems in aquatic ecosystems and human activities. DAF process was adopted and several coagulants were used to remove the Microcystis sp. CCD Camera was used to measure and analyze the size of microbubble, and fluorescent microscope was used to observe the particle, algae species and community. Zeta potential behavior of the algae was analyzed by using ELS-Z. Lab-scale and pilot-scale experiments were conducted to test flotation process. Polyaluminium chloride(PAC) coagulant was used, and the removal efficiency of the algae was assessed through Chlorophyll-a analysis. In the Lab-scale experiment, 2.2 ppm, 11 ppm, 22 ppm, and 44 ppm of polyaluminium chloride was injected to coagulate the algae. The coagulated algae was floated by the microbubble. The microbubbles in the experiments were generated at a air pressure of 450 ~ 550 kPa. The microbubble size was controlled in $36{\mu}m$, $100{\mu}m$, and $200{\mu}m$, respectively by using different diffuser. The results of lab-scale experiments on flotation plant indicated that the average removal rate was about 90% or above for 11 ppm, 22 ppm, and 44 ppm of polyaluminium chloride. On the other hand, in the pilot-scale experiment, the removal efficiency was in the range of 85% to 95% in all dose ranges of polyalumium chloride and aluminium sulfate coagulants.
This study was performed to determine the optimum coagulant dosing for effective treatment of raw water in Chinyang lake. Removal rates of algae and characteristics of the water according to coagulants dosage were investigated by treatment with Microcystis aeruginosa, which is a kind of blue-green algae, to the raw water below 5NTU.
The coagulants dosage for maximum removal rate of algae were 30 mg/$\ell$ of Alum, 30 mg/$\ell$ of PAC and 10 mg/$\ell$ of PACS, respectively. The removal rate of algae in 30 mg/$\ell$ of PAC was highest as 85% compared with the other treatments. At the point of maximum removal rate of algae, the removal rates of turbidity were 34%, 66% and 22% in Alum, PAC and PACS, respectively. Residual Al was decreased depend upon decreasing turtidity in water by treatment of Alum or PAC, but decreased depend upon increasing turbidity in water by treatment of PACS. The removal rate of ${Mn}_{2+}$ in water was high in the order of Alum, PAC and PACS treatment. And ${Fe}_{2+}$ in water was not changed by treatemnt of these coagulants. Particle numbers distributions according to the particle size of suspended solids that were not precipitated at 8 min. of settling time after treatment of coagulants dosage for the maximum removal rate of algae were investigated. Most of the particle sizes were below 30 $\mu$m and particle numbers distributions below 10 $\mu$m were 64%, 56% and 66% by treatment of Alum, PAC and PACS, respectively. Zeta potential was in the range of -6.1~-9.7 mV at optimum coagulants dosage for algae removal.
Major species of Lake Deganuma has varied depending on the season. Namely, there are Micractinium pusillum, chlorella., Scenedesmus sp. shown up in spring season, Microcystis aeruginosa, Microcystis wesenbergii, Anabena spiroides in summer and autumn season and Cyclostephanos invisitatus, Diatoma in winter season in the Lake. As the number of plankton increased, the zeta potential on their surface of them decreased. For this reason, they were dispersed in the lake though the population increased. Zeta potential of M. aeruginosa showed -20mV when their outer size got smaller. As for coagulant dosing in DAF, large amount of coagulant was effective to get lots of sludge during water treatment.
본 연구에서는 시아노박테리아 배양액을 대상으로 여러 종류의 금속이온의 첨가에 의한 응집 및 응결 효과를 흡광도 또는 제타포텐셜 측정을 통하여 조사하였다. 흡광도 측정으로부터 얻은 시아노박테리아의 응결효율은 $Al^{3+}$>$La^{3+}$>$Ho^{3+}$>$Fe^{2+}$>$Ca^{2+}$ 순으로 높았으며, 특히 동일한 전하량을 갖는 +3가 금속이온의 경우, 응결 시 수반되는 금속 제거율을 측정한 결과, $Al^{3+}$>$La^{3+}$>$Ho^{3+}$ 순으로 응결효율과 상응하는 결과를 얻었다. 시아노박테리아의 제타포텐셜은 음의 값을 나타냈으며, 그 농도가 증가할수록 제타포텐셜 값도 증가하였다. 또한, 시아노박테리아 용액의 pH를 증가시킬 때 pH < 5.5 이하에서는 빠르게 제타포텐셜 값이 감소하였으나, $5.5{\leq}pH{\leq}10$ 범위에서는 거의 일정한 제타포텐셜 값($-46{\pm}1mV$)을 보였다. 일정한 시아노박테리아의 농도($A_{730}=0.25$)에서 금속이온의 농도에 따른 제타포텐셜 증가 효과는 $Al^{3+}$>$Ho^{3+}$>$La^{3+}{\gg}Mg^{2+}{\geq}Ca^{2+}{\gg}K^+$ 순으로 나타났다. 일정한 금속이온 농도에서 시아노박테리아의 농도에 따른 제타포텐셜 변화를 측정한 결과, $K^+$, $Mg^{2+}$ 및 $Ca^{2+}$이온의 경우 시아노박테리아의 농도가 증가하더라도 제타포텐셜의 변화가 미미하였다. 반면에, +3가 이온 중 $Ho^{3+}$와 $La^{3+}$이온의 경우에 시아노박테리아의 농도가 증가할수록 제타포텐셜 값이 감소하였으며, 감소율 면에서 $Ho^{3+}$이온이 $La^{3+}$이온보다는 작게 얻어졌다. 이와는 달리, $Al^{3+}$이온의 경우에는 시아노박테리아의 농도가 증가함에 따라 제타포텐셜 값이 증가하다가 감소하였다. $Al^{3+}$이온은 가수분해 중합체 생성의 영향으로 제타포텐셜 측정만으로는 응집 내지 응결 효과를 해석하기가 어려웠다.
The water quality in eutrophic lakes is affected by serious problems, such as abnormal increasing of Cyanobacteria. The purpose of this study was to investigate the possibility of a modified flotation system using a hybrid technique formed by chemical compounds and an electrostatic bridge. Therefore, experiments using the hybrid technique were performed to measure the zeta potential value on the phytoplankton surface and the removal efficiencies of phytoplankton, ammonia nitrogen, nitrate nitrogen and phosphoric acid. The results were as follows: Firstly, the zeta potential of M.aeruginosa was observed to approach charge neutralization due to adhesion of magnesium hydroxide precipitate on the phytoplankton surface in the pH range 10.5 to 11. Secondly, the concentration of chlorophyll-a decreased from about 150 to 20${\mu}g$g/L, with a maximum removal efficiency of 84% due to coagulation with pH values higher than 10. Thirdly, the N$H_4$-N concentration was observed to decrease from 0.62 to 0.54mg-N/L (13%), and the P$O_4$-P concentration, which is a limiting factor to the formation of algae blooms, decreased from 0.27 to 0.02mg-P/L (92%). These findings suggest that the modified flotation system can be applied for the purification of the raw water of numerous lakes containing high phytoplankton populations and elevated pH.
Dissolved air flotation (DAF) is an effective solid/liquid separation process for low density floc particles such as algal, color-alum and clay-alum flocs produced from low turbidity water. The removal of taste and odor-causing organics (2-mthylisoboneol and geosmin) originating from algae in drinking water is a local and worldwide concern. Although DAF has been effectively applied for the removal of suspended solid, its application for the treatment of dissolved organic carbon is very limited. In this study, a new hybrid system consisting of adsorption and DAF processes was introduced for the simultaneous removal of algae and taste and odor-causing organics. Powdered activated carbon (PAC) was used as an adsorbent. In this proposed system, the major concern of eliminating the spent PAC from the system was also addressed. It was found that zeta potential of algae and PAC was increased with coagulant dosage, and the removal efficiency in DAF was also enhanced up to 90~95% under the given experimental conditions. Based on this study, the hybrid process was found to be a promising technology for the simultaneous removal of algae and dissolved organic pollutants.
The occurrence of algae caused by eutrophication of fresh water is a pollution source to destroy the aquatic environment. When the high voltage electric field is applied in the water, When a high voltage is applied to the electric field in the water, the algae can be broken the balance of cell membranes, and is dead. In this paper, we develop a water quality improvement system for generating an electric field having a higher energy than the zeta potential when a high voltage is applied to 4,000V. To ensure the mobility of the water quality improvement system, we designed the PV generation system using the optimal size technique that is based on the model of power lack ratio. By evaluating the output characteristics of the water quality improvement system, power generation characteristics of the PV generation system, and battery charging characteristics, we can show that the proposed system can be applicable to the water quality improvement system inhibiting the growth rate of the algae in the fresh water.
우리나라는 상수도시설의 노후화와 그 동안의 상수원 수질변화에 대응한 정수처리공정의 개량과 개선이 요구되어지고 있는 상황에 있어서, 기존의 정수처리공정에 어떠한 시설개량이나 설비의 보완 없이 DAF 공정을 추가하여 점토와 조류입자를 효과적으로 제거할 수 있는 DAF hybrid 공정의 적용성을 살펴보고자 일련의 실험을 실시하였다. DAF 공정의 설치위치는 조류입자의 제거에는 응집지나 침전지 전단을 이용하는 DAF-CGS 공정조합보다는 침전지 후단 또는 여과지 전단을 이용하는 DAF-CSF 방식이 더 효과적인 것으로 나타났다. 또한, DAF-CSF hybrid 공정을 도입함으로써 기존의 상수처리조건과 동일한 처리속도(수리학적 부하량)에서 처리효율이 향상될 것이며, 높은 수리학적 부하에서도 재래식 상수도시설에 적용하여 안정된 처리효율을 얻을 수 있을 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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