[논문]제지폐수의 플럭강도 측정에 따른 고분자응집제 주입량 결정

조준형; 강미란

문제 정의

본 연구에서는 지종별 폐수(화장지, 백상지, 신문용지 공장의 폐수)의 최종 슬러지 처리를 위한 목적으로 고분자 응집제의 투입하여, 슬러지 탈수특성을 증가시키는 방안으로써 플럭의 강도를 측정하였으며, 최종적으로 다음과 같은 결론을 이끌어 낼 수가 있었다.
이에 본 논문은 백상지, 화장지, 신문용지를 생산하는 공장의 원폐수에 대해 두 종류의 고분자 응집제(음이온성 PAM(polyacylamide), 양이온성PAM)를 단독으로 주입하였을 때(single system)와 혼합하여 주입할 때(dual system), 폐수 내의 고형분의 탈수성을 알아보고자 실험실적으로 플럭의 강도를 측정하였다. 또한 COD(chemical oxygen demand) 및 SS(suspened solid) 제거 효율을 측정하여, 처리효율 역시 알아보았다.

제안 방법

이에 본 논문은 백상지, 화장지, 신문용지를 생산하는 공장의 원폐수에 대해 두 종류의 고분자 응집제(음이온성 PAM(polyacylamide), 양이온성PAM)를 단독으로 주입하였을 때(single system)와 혼합하여 주입할 때(dual system), 폐수 내의 고형분의 탈수성을 알아보고자 실험실적으로 플럭의 강도를 측정하였다. 또한 COD(chemical oxygen demand) 및 SS(suspened solid) 제거 효율을 측정하여, 처리효율 역시 알아보았다.
일정한 전단력하에 플럭의 파괴과정은 ① 유체 전단력에 의한 순간적인 파괴, ② 플럭과 플럭 사이의 충돌에 의한 동력학적인 파괴 등으로 구분할 수 있다(Sonntag, 1986). 본 연구에서는 기존이론을 바탕으로 다음과 같은 측정 방법으로 플럭의 강도를 측정하였다. 현탁액을 응집처리 한 다음 탁도를 측정하고, 형성된 플럭을 500rpm에서 30초간 파괴하고 30분간 응집체를 침전시킨 후 상등액의 탁도를 다시 한번 측정하여, 파괴 전과 파괴 후의 탁도 값을 비교하였으며 이로써 파괴 전과 파괴 후의 차이가 크면 플럭의 강도가 불량하고 차이가 적으면, 플럭의 강도가 양호한 것으로 판정 가능하다(윤태일 등, 2001).
세 종류의 폐수에 두 종류의 고분자 응집제를 혼합처리를 하고 시료의 COD 및 SS 제거효율을 비교하였다.
본 연구에서는 기존이론을 바탕으로 다음과 같은 측정 방법으로 플럭의 강도를 측정하였다. 현탁액을 응집처리 한 다음 탁도를 측정하고, 형성된 플럭을 500rpm에서 30초간 파괴하고 30분간 응집체를 침전시킨 후 상등액의 탁도를 다시 한번 측정하여, 파괴 전과 파괴 후의 탁도 값을 비교하였으며 이로써 파괴 전과 파괴 후의 차이가 크면 플럭의 강도가 불량하고 차이가 적으면, 플럭의 강도가 양호한 것으로 판정 가능하다(윤태일 등, 2001).

대상 데이터

본 실험은 화장지, 신문용지, 백상지 공장의 원폐수를 사용하였으며, 원폐수의 성상은 Table 1과 같다. 고분자응집제로는 양이온성PAM과 음이온성PAM을 사용하였으며 각 고분자응집제의 특성은 Table 2와 같다. 또한 실험에 사용한 장치는 Table 3에 나타내었다.
본 실험은 화장지, 신문용지, 백상지 공장의 원폐수를 사용하였으며, 원폐수의 성상은 Table 1과 같다. 고분자응집제로는 양이온성PAM과 음이온성PAM을 사용하였으며 각 고분자응집제의 특성은 Table 2와 같다.

성능/효과

1. 고분자 응집제를 단독으로 주입한 후 각 폐수의 플럭 강도를 측정한 결과 백상지, 신문용지, 화장지 폐수 순으로 플럭의 강도가 양호하였으며, 고분자 응집제의 주입량의 증가할수록 강도 역시 향상되는 것을 알 수 있었다. 다만 음이온성 PAM을 단독으로 주입한 경우 보다 대체적으로 더 양호한 플럭의 강도를 나타내어, 이는 고분자 응집제를 단독으로 주입할 경우에는 음이온성 PAM보다 양이온성 PAM이 슬러지 탈수 특성 향상에 더 효과적이라고 판단된다.
2. 고분자 응집제 단독으로 투입 했을 때, 각각의 COD 제거 효율이 음이온성 PAM은 약 50%에 그쳤으며, 양이 온성 PAM은 약 70%에 그쳤다. 또한 SS 제거효율의 경우 음이온성 PAM은 약60%, 양이온성 PAM은 약 80%를 나타내었다.
3. 두 종류의 고분자 응집제를 혼합하여 투입할 경우 백상지 폐수, 화장지 폐수, 신문용지 폐수 모두 첨가량이 10%~15% 부근에서, 가장 양호한 플럭 강도를 나타내었으며, 신문용지 폐수의 플럭 강도가 가장 양호하고, 그 다음 백상지, 신문용지 순이었다.
4. 마지막으로 고분자 응집제의 혼합 주입 시 단독으로 처리하였을 경우 보다 약 10% 상승하였다. 이로써 고분자 응집제를 각각 단독으로 처리하기보다는 적정량 혼합하여 사용하는 것이 경제적 및 기술적 제지폐수 처리에 보다 효과적이라고 사료된다.
Figure 1에 음이온성 PAM 단독 주입에 따른 플럭의 강도를 나타내었다. 그림에서 알 수 있듯이 플럭의 강도는 백상지, 신문용지, 화장지 순으로 양호한 값을 나타내었으며, 고분자응집제의 주입량이 증가함에 따라 플럭의 강도는 향상되었다. 따라서 고분자 응집제의 주입량의 증가와 함께 슬러지의 탈수성 역시 향상되는 것으로 사료된다.
백상지 폐수, 화장지 폐수, 신문용지 폐수 모두 첨가량이 10%~15% 부근에서, 가장 양호한 플럭 강도를 나타내었으며, 신문용지 폐수의 플럭 강도가 가장 양호하고, 그 다음 백상지, 신문용지 순이었다.
세 종류의 폐수에 두 종류의 고분자 응집제를 단독으로 투입했을 때, 각각의 COD 및 SS 제거효율의 평균값을 Figure 3과 4에 나타내었다. 세 지종의 폐수 모두 평균 COD 제거 효율이 음이온성 PAM은 약 50%에 그쳤으며, 양이온성 PAM은 약 70%에 그쳤다. 또한 SS 제거효율의 경우 음이 온성 PAM은 약60%, 양이온성 PAM은 약 80%를 나타내었다.
Figure 2에는 양이온성 PAM을 단독으로 주입한 후 각 폐수의 플럭 강도를 측정하였다. 음이온성 PAM 단독 주입의 실험결과와 유사한 결과를 나타내었으며, 음이온성 PAM을 단독으로 주입한 경우 보다 대체적으로 더 양호한 플럭의 강도를 나타내어, 이는 고분자 응집제를 단독으로 주입할 경우에는 음이온성 PAM보다 양이온성 PAM이 슬러지 탈수 특성 향상에 더 효과적이라고 사료된다.

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