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생물공정 처리수의 PAC (Poly Aluminum Chloride) 응집에 의한 고효율 인 제거 특성
High-Rate Phosphorous Removal by PAC (Poly Aluminum Chloride) Coagulation of A2O Effluent 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.31 no.8, 2009년, pp.673 - 678  

황응주 (대구대학교 환경공학과) ,  천효창 (대구대학교 환경공학과)

초록
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2011년부터 시행될 2단계 수질 오염 총량제에 대비하여 고효율 인 제거 공정 개발이 필요하며 본 연구에서는 생물학적 처리와 화학적 응집처리를 조합한 공정이 대안으로 검토되었다. 2세대 응집제로서 최근 많이 사용되고 있는 PAC(poly aluminum chloride)를 이용하고 실제 하수종말처리장 A2O 공정의 호기조 유출수를 시료로 하여 인 응집 특성 및 적정 조건, 효율 향상 방안 등에 대해 실험연구를 수행하였다. 먼저 적정 PAC 투입 농도는 부피기준으로 30 ppm, mol비로는 2.81 mol Al/mol P인 것으로 나타났다. 단순침전에서 17.2%에 불과하던 용존성 인의 제거율이 PAC 10 ppm 투입으로 30.3%까지 증가하였으며, 20 ppm에서 30 ppm으로 PAC 투입량을 증가시킬 때 49.3%에서 88.4%로 제거율을 크게 향상시킬 수 있었다. 이때 총 인의 제거율은 92.4%, 유출수 총 인 농도는 0.3 mg/L로 총량제에 부합하는 방류수 수질을 달성할 수 있었다. 적정한 응집시간은 4분, 침전시간은 20분, 초기 pH는 7로 나타났고 원시료 (pH 7.0)는 별도의 pH 조절 없이 응집 가능한 것으로 판단되었다. pH 7 조건에서 용존성 인의 제거가 크게 향상되었으며, 추가적인 확인 연구가 필요하나, 이는 인의 경우 $Al(OH)_3$에 의한 sweep floc formation이 주요 제거 기작임을 의미하였다. 2차침전조 유입부에 PAC를 투입하여 2차침전조를 응집침전조로 활용하는 방안과 별도의 응집침전조를 2차침전조 후단에 설치하여 PAC를 투입하는 방안을 비교한 결과 PAC 투입량 대비 인 제거효율 증진 관점에서 후자가 바람직한 것으로 조사되었다. 이때 처리수의 인 농도는 0.18 mg/L, 제거율은 95.4%로 향상시킬 수 있었다. 끝으로 응집 처리수를 반송할 경우 인 제거 효율을 높일 수 있었으며 적정 반송율은 0.3인 것으로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

High-rate phosphorous removal by PAC (poly aluminum chloride) coagulation of A2O effluent was investigate to meet the stringent requirement of wastewater discharge from municipal wastewater treatment plant. A series of jar tests were conducted to find optimum coagulation condition and to enhance rem...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 6) 또한 2세대 응집제인 PAC, PASS, PACS등의 응집 특성에 대한 연구는 많이 진행되었으나7~11) 대부분 합성된 시료를 이용한 실험12,13)이거나 BOD 등의 유기물질 제거가 주목적이었으며14,15) 실제 하폐수를 시료로 하여 인을 주요 응집 대상으로 실험한 연구 결과가 보고된 경우는 많지 않았다. 따라서 본 연구에서는 실제 하수종말처리장 A2O공정의 호기조 유출수를 시료로 하여 유입수 총인 농도, PAC 투입 농도, 응집시간, 침전시간, pH 등의 인자가 인 응집에 미치는 영향을 검토하였다. 또한 적정 PAC 투입지점 결정을 위해 최종침전지 상징수를 응집 처리할 경우의 장단점을 검토하였고 응집처리수의 반송을 통해 응집효율을 향상시키는 방안과 적정 반송율을 조사하였다.
  • 한편 2차 침전조를 거친 후 고형물이 낮은 상태에서 PAC를 투입하는 것도 생각해볼 수 있는 바, 이때는 별도의 응집설비가 필요한 것이 단점이지만 고형물에 포획되어 소모되는 PAC를 최소화할 수 있고 응집설비의 인 부하를 낮추어 처리수 인 농도를 감소시키는 장점이 있다. 본 연구에서는 2차 침전조의 체류시간에 해당하는 4시간 동안 전침전(pre-settling)시킨 시료에 PAC를 투입하여 인의 응집제거 특성을 살펴보았다. 그 결과 예상했던 것처럼 전 침전 없이 응집반응을 시킨 경우에 비해 전침전을 시행할 경우 응집효율이 향상됨을 관찰할 수 있었다(Fig.
  • 처리된 유출수를 응집조에 반송함으로써 유출수에 잔류하는 PAC를 재이용하고 희석에 의해 응집조에 유입되는 인의 부하를 감소시켜 그 효과로 반응 효율이 향상 되는지 여부를 검토하였다. 그 결과 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수질오염 총량제는 어떤 제도인가? 수질오염 총량제는 유역의 목표수질을 설정하여 당해 유역에서 배출되는 오염물질의 배출총량이 목표수질을 달성할 수 있는 양 이하가 되도록 관리하는 제도이다. 현재 BOD를 대상으로 1단계 총량제가 실시 중이며 2011년부터는 2단계 총량제가 실시될 예정에 있다.
생물학적 처리에 있어서 대략 1 mg/L의 농도를 생물공정에서 달성 가능한 인 농도로 보는 것이 일반적인 이유는? 기체 상태로 전환이 어렵기 때문에 항상 침전물의 형태로 물로부터 분리되며, 이 같은 이유로 생물학적 공정에서는 미생물에 흡수된 침전물의 형태로, 화학적 공정에서는 응집제에 화학적 또는 물리적으로 결합된 침전물의 형태로 제거된다. 그러나 생물학적 처리에서 미생물에 흡수되어 제거 가능한 인의 양에는 한계가 있어 대략 1 mg/L의 농도를 생물공정에서 달성 가능한 인 농도로 보는 것이 일반적이다.5) 따라서 총량제에서 요구되는 것과 같은 고효율 인 제거를 위해서는 생물학적 처리와 화학적 처리의 병행이 필요하다.
본 연구에서 2단계 수질 오염 총량제에 대비할 고효율 인 제거 공정 구축을 위하여 생물공정 처리수의 화학적 응집 공정의 특성과 효율 증진 방안에 대해 연구한 결과는? 1. 적정 PAC 투입 농도는 부피기준으로 30 ppm, mol비로는 2.81 mol Al/mol P인 것으로 나타났으며 초기 인 농도가 증가할수록 제거율은 저하되었다. 2. 응집시간 4분, 침전시간 20분, 초기 pH 7이 가장 적정한 운전조건인 것으로 나타났다. 이 조건에서 총 인 농도는 처리 전 3.94 mg/L에서 처리 후 0.3 mg/L로 92.4%제거가 가능하였다. 3. 단순 침전에서 낮았던 용존성 인의 제거율을 PAC에 의한 응집으로 크게 증가시킬 수 있었다. pH 7이 최적 응집 조건이었으며, Al(OH)3(s)에 의한 sweep floc formation 기작이 주요 인 제거 기작일 것으로 추정되었다. 원시료의 pH는 7.0으로서 응집효율 향상을 위해 별도의 pH 조절은 필요 없는 것으로 판단되었다. 4. PAC의 투입지점은 2차침전조 상징수로 하는 것이 PAC 투입량 대비 인 제거효율 증진 관점에서 가장 바람직한 것으로 조사되었다. 이때 처리수의 인 농도는 0.18 mg/L, 제거율은 95.4%로 향상시킬 수 있었다. 그러나 2차침전조를 응집침전조로 활용할 때에 비하여 별도의 응집설비가 필요하므로 현장 상황에 맞는 종합적인 고려가 필요한 것으로 사료되었다. 5. 응집 처리수를 반송할 경우 인 제거 효율을 높일 수 있었으며 적정 반송율은 0.3인 것으로 분석되었다.
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참고문헌 (23)

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  22. Clark, M. M., and Srivastava, R. M., 'Mixing and aluminum precipitation', Environ. Sci. Technol., 27(10), 2181-2189 (1993) 

  23. 우승순, 이찬기, 김성석, 최규열, 이해금, '춘천시 하수처리장 의 처리공정에서 인의 거동과 존재형태', 한국수질보전학회지, 9(2), 98-104(1993) 

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