[논문]제지 폐수처리를 위한 응집제의 최적 혼합주입량 결정 방법

조준형; 강미란

문제 정의

이러한 고형분의여과성에 영향을 미치는 요인 중에 하나가 바로 화학적처리단계에서 사용한 고분자 응집제의 양이며10), 따라서 고형분의 여과성을 관찰하여 최종적으로는 고분자응집제의 적정 사용량을 얻는 것이 매우 필요하다.8) 이에 본 논문은 백상지, 화장지, 신문용지를 생산하는 공장의 원폐수에 대해 두 종류의 고분자 응집제를 따로 주입하였을 때와 혼합하여 주입할 때, 폐수 내의 고형분의 탈수성 특성 및 폐수의 COD 제거효율을 조사하였다. 또한 탈수특성을 평가하는 방법으로써 빠르고 간단하게 행할 수 있는 CST (Capillary Suction Time, 모관흡인시간)3) 방법으로 측정하였다.
본 논문에서는 지종별 폐수의 효과적인 최종 슬러지처리를 위한 목적으로 고분자 응집제의 사용과 적정 주입량을 결정하여 폐수 및 여과 슬러지의 탈수효과를 증가시키는 방안을 연구하였으며, 실험 내용에 대한 결론은 다음과 같다.

제안 방법

300 rpm 에서 10분간 급속교반을 행한 후 30~110 rpm 완속 교반을 하여 CST 값의 변화 추이를 알아보았다. CST 수치는 50 rpm 으로 15분간 교반했을 시 가장낮은 값을 나타내었으며, 결과 값은 Fig.
또한 탈수특성을 평가하는 방법으로써 빠르고 간단하게 행할 수 있는 CST (Capillary Suction Time, 모관흡인시간)3) 방법으로 측정하였다. 그리고 응집제 주입에 따른 플럭의 강도4)를 측정하였으며, 최종적으로 고형분의 탈수성과 플럭 강도를 모두 고려하여, 고분자응집제의 최적투입량을 결정하였다.
본 논문에서는 다음과 같은 측정방법으로 플럭의 강도를 측정하였다. 현탁액을 응집처리 한 다음 탁도를 측정하고, 형성된 플럭을 500 rpm 에서 30초간 파괴하고 30분간 응집체를 침전시킨 후 상등액의 탁도를 다시 한번 측정하여, 파괴 전과 후의 탁도를 비교하였다8).
측정하였다. 현탁액을 응집처리 한 다음 탁도를 측정하고, 형성된 플럭을 500 rpm 에서 30초간 파괴하고 30분간 응집체를 침전시킨 후 상등액의 탁도를 다시 한번 측정하여, 파괴 전과 후의 탁도를 비교하였다8). 이로써 파괴 전과 후의 차이가 크며 floc 의 강도가 불량하고, 차이가 적으면, floc 의 강도가 양호한 것으로 판단하였다.

대상 데이터

본 실험은 화장지, 신문용지, 백상지 공장의 원 폐수를 사용하였으며, 원폐수의 성상은 Table 1 과 같다. 또한 pH 조절을 위해 alum 을 사용하였고, 고분자 응집제로는 양이온성PAM (polyacrylamide)과 음이온성 PAM을 사용하였으며, 두 고분자응집제의 특성은 Table 2에 표시 하였다.

이론/모형

8) 이에 본 논문은 백상지, 화장지, 신문용지를 생산하는 공장의 원폐수에 대해 두 종류의 고분자 응집제를 따로 주입하였을 때와 혼합하여 주입할 때, 폐수 내의 고형분의 탈수성 특성 및 폐수의 COD 제거효율을 조사하였다. 또한 탈수특성을 평가하는 방법으로써 빠르고 간단하게 행할 수 있는 CST (Capillary Suction Time, 모관흡인시간)3) 방법으로 측정하였다. 그리고 응집제 주입에 따른 플럭의 강도4)를 측정하였으며, 최종적으로 고형분의 탈수성과 플럭 강도를 모두 고려하여, 고분자응집제의 최적투입량을 결정하였다.

성능/효과

(1) 급속 교반은 300 rpm 에서 10분의 교반시간을 주었을 때, 완속교반은 50 rpm 15분의 시간을 주었을 때, CST 값이 가장 낮으며, 이는 폐수 슬러리의 여과 탈수성이 가장 양호한 것으로 판단된다.
(2) 세 지종의 폐수에 두 종류의 고분자 응집제를 단독으로 투입하였을 때 세 종류의 폐수 모두에서 본 연구에서 사용한 고분자중 음이온성 고분자보다 양이온성고분자가 응집에 더 효과적이였다.
(3) 두 종류의 고분자 응집 제를 혼합하여 투입할 경우 세 종류의 폐수에서 첨가량은 약 10~15%일 때 양호한 CST 값을 나타내 었고, 투입비의 경우 세 종류의 폐수가 각기 다르게 나타났다. 또한 두 종류의 고분자 응집제를 단독으로 투입하여 사용할 때보다 더 양호한 CST 값을 나타내었는데 이는 슬러지의 탈수특성이 더 향상되었음을 의미한다.
(4) 세 지종의 폐수에 고분자 응집제를 혼합하여 12 ~14% 투입할 때 양호한 플럭 강도를 나타내었으며, 백상지, 화장지, 백상지 순으로 강도가 높았다.
(5) 두 종류의 고분자 응집제의 혼합사용으로 슬러리의 여과 탈수성 및 플럭강도, COD, SS 제거효율이 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 화장지 공장 폐수의 약품 소비량이 가장 많은 것으로 나타났다.
1) 폐수처리 중 화학적 처리는 약품을 사용하여 폐수 속의 부유물을 분리하는 처리법을 말하며, 적정량의 약품의 사용은 발생되는 플럭의여과성, 침전성, 강도 등의 특성 향상을 기대할 수 있다.1) 또한 폐수내의 고형분(슬러지)의 처리는 전체 폐수 처리비용의 1/4 ~ 1/2 정도를 차지하고 있으며, 처리시 다량의 수분을 함유하고 있는 고형분의 여과속도를최대로 한다면7), 여과 시 필요한 에너지를 절감하고 폐수처리의 효율을 증대시킬 수 있다. 이러한 고형분의여과성에 영향을 미치는 요인 중에 하나가 바로 화학적처리단계에서 사용한 고분자 응집제의 양이며10), 따라서 고형분의 여과성을 관찰하여 최종적으로는 고분자응집제의 적정 사용량을 얻는 것이 매우 필요하다.
일정한 전단력하에플럭의 파괴과정을 다음과 같이 구분할 수 있다. 1) 유체 전단력에 의한 순간적인 파괴, 2) 플럭과 플럭사이의충돌에 의한 동력학적인 파괴를 들 수 있다.
각기 다르게 나타났다. 또한 두 종류의 고분자 응집제를 단독으로 투입하여 사용할 때보다 더 양호한 CST 값을 나타내었는데 이는 슬러지의 탈수특성이 더 향상되었음을 의미한다. 약품 소비량은 화장지, 신문용지, 백상지 폐수의 순으로 많았다.
세 종류의 폐수 모두에서 본 논문에서 사용한 고분자의 경우 음이온성 고분자응집제 보다는 양이온성 고분자응집제가 폐수 내 고형분 입자 탈수에 더 효과적인 것으로 나타났다. 또한 백상지 폐수의 탈수성 이 가장 좋았으며, 화장지 폐수의 탈수성이 가장 불량한 것을 볼 수 있다.
확인할 수 있었다. 또한 화장지 공장 폐수의 약품 소비량이 가장 많은 것으로 나타났다.
4 - 6 에 지종별 폐수에 두 종류(양이온성 PAM, 음이온성 PAM) 의 고분자응집제를 주입 했을 때, 주입량에 따른 CST 의 변화 값을 나타내었다. 세 종류의 폐수 모두에서 본 논문에서 사용한 고분자의 경우 음이온성 고분자응집제 보다는 양이온성 고분자응집제가 폐수 내 고형분 입자 탈수에 더 효과적인 것으로 나타났다. 또한 백상지 폐수의 탈수성 이 가장 좋았으며, 화장지 폐수의 탈수성이 가장 불량한 것을 볼 수 있다.
세 지종의 폐수 모두 평균 COD 제거 효율이 음이온성 PAM 은 약 50%에 그쳤으며, 양이온성 PAM 은 약 70%에 그쳤다.
화장지 폐수의경우에는 10~15%에서 낮은 CST 값을 나타내었고, 그 중 투입율14%, 투입량 비 60:80 에서 가장 낮은 CST 값을 나타내었다. 신문용지 폐수는 투입율 17%, 투입량 비 80:90에서 가장 낮은 CST 값을 나타내 었으며, 이때 고형분의 여과 탈수성이 가장 양호한 것으로 판단된다.
여액이 여지 내에서 확산되는 속도는 고형분의 여과특성과 밀접한 관계가 있으며 측정된 모세관흡인시간에 의해 고형분의 여과 탈수성이 판정된다. 측정된 CST 값이 높으면 고형분의 탈수성이 불량하며, CST 값이 낮으면 고형분의 탈 수성이 양호하다고 판단한다.
8 에서 알 수 있듯이 백상지폐수의 경우 투입율이 11 ~ 15% 일 때 낮은 CST 값을나타내었으며, 그중에서도 투입율 13%, 투입량 비 60:70 에서 가장 낮은 값을 나타내었다. 화장지 폐수의경우에는 10~15%에서 낮은 CST 값을 나타내었고, 그 중 투입율14%, 투입량 비 60:80 에서 가장 낮은 CST 값을 나타내었다. 신문용지 폐수는 투입율 17%, 투입량 비 80:90에서 가장 낮은 CST 값을 나타내 었으며, 이때 고형분의 여과 탈수성이 가장 양호한 것으로 판단된다.

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