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문제 정의
- 2010년 1~5월(3~5개월간)에 걸쳐 선정된 시설의 일별 총인의 유입 및 방류농도를 조사하고, 기초 통계분석을 통해 처리시설별, 처리공정별 처리성능을 평가하였다. 국내 인 처리시설의 운영사례와 처리성능의 분석을 통해 강화되는 방류수수질기준의 준수 가능성을 진단하고, 인 처리시설의 확충에 필요한 기초 자료로 활용하고자 하였다.
- 그러나, 강화된 수질기준에 적합한 인 처리 및 관리방안에 관한 기술적 자료와 사례축적이 국내에서는 미흡한 실정이어서 4대강 관리지역 하수종말처리장의 설치 및 운영계획 수립에 어려움이 따르고 있으므로, 체계적이고 구체화된 기술 대응방안 마련이 시급하다. 또한 상기 수준을 만족시키기 위해 인 농도를 매우 낮은 수준으로 낮추는 처리기술 적용의 가용성 여부와 비용에 대한 자료의 필요성이 대두되어, 본 연구에서는 국내의 가동 중인 물리화학적 인처리 시설의 운영실태를 조사하여 분석하고, 이를 기반으로 응집제 및 슬러지 발생량 등의 경제요인 분석을 통하여 추후 강화될 수질 기준을 만족시키기 위해 추가적으로 사용될 화학물질(응집제)을 이용한 인제거 시설 설치에 관한 정보를 구체적으로 제시하고자 한다. 또한, jar 테스트를 통해 최적응집조건과 슬러지 발생량을 도출하고 이를 통해 활성슬러지 혼합액의 응집방식과 2차 처리수의 응집방식에 의한 인 제거 결과로 응집제 주입량, 인 제거성능 및 슬러지 발생량 등을 비교, 평가하였다.
가설 설정
- 이를 근거로 계산된 슬러지 발생량은 포기조 응집공정이 2차 처리수 응집 공정에 비해 약 4~10배 정도 발생되는 것으로 예측되었다. 이 슬러지 발생량은 농축슬러지의 함수율을 활성슬러지의 경우 96%, 응집제 슬러지의 경우 97%로 가정하여 계산한 것이며, 슬러지 발생량을 예측하여 Table 4에 경제성 분석의 내용을 제시하였다.
제안 방법
- ‘12년부터 지역별(I, II, III지역)로 차등적용 예정인 총인방류수수질기준을 준수하기 위해 공공하수처리시설에 화학적 응집시설의 추가적 확충이 요구되고 있으나, 현장사례 연구와 축적된 정보가 부족하여 본 연구에서는 현재 국내의 적용사례와 관련적용기술을 조사하였다.
- 2010년 1~3월 기간 동안 I-3 공공하수처리시설의 인 처리시설 일별 운전결과를 분석하였다(Fig. 2, 4). I-3 시설은 포기조 응집공정을 운전하고 있으며, 총인 유입농도는 0.
- 2010년 1~4월 4개월 동안 B-3 공공하수처리시설의 인 처리시설 일별 운전결과를 분석하였다(Fig. 5). B-3 시설은 2차 처리수 응집공정을 운전하고 있으며, 일별 총인 방류농도는 0.
- 2010년 1~4월 기간 동안 D 공공하수처리시설의 인 처리시설 일별 운전결과를 분석하였다(Fig. 3). D 시설은 포기조응집공정을 운전하고 있으며, 총인 유입농도는 3.
- 2010년 1~5월 기간 동안 K 공공하수처리시설의 인 처리시설 일별 운전결과를 분석하였다(Fig. 3). K 시설은 포기조 응집공정을 운전하고 있으며, 총인 유입농도는 3.
- 2010년 1~5월 기간 동안 P 공공하수처리시설의 인 처리 시설 일별 운전결과를 분석하였다(Fig. 4). P 시설은 2차 처리수 응집공정을 운전하고 있으며, 2차 처리수의 총인값으로 응집조 유입농도는 1.
- 선정된 처리시설 중 P, B-1 및 B-3은 2차 처리수 응집공정을 운전하고 있으며, 나머지 처리시설(K, D, I-3)들은 포기조 응집공정을 운전하고 있다. 2010년 1~5월(3~5개월간)에 걸쳐 선정된 시설의 일별 총인의 유입 및 방류농도를 조사하고, 기초 통계분석을 통해 처리시설별, 처리공정별 처리성능을 평가하였다. 국내 인 처리시설의 운영사례와 처리성능의 분석을 통해 강화되는 방류수수질기준의 준수 가능성을 진단하고, 인 처리시설의 확충에 필요한 기초 자료로 활용하고자 하였다.
- 선정된 처리시설 중 P, B-1 및 B-3은 2차 처리수 응집공정을 운전하고 있으며, 나머지 처리시설들은 포기조 응집공정을 운전하고 있다. 2010년 1~5월에 걸쳐 선정된 시설의 일별 총인의 유입 및 방류농도를 조사하고, 기초 통계분석을 통해 처리시설별, 처리공정별 처리성능을 평가하였다. 총체적인 자료의 범위는 Table 2와 Fig.
- 2012년부터 시행되는 총인 방류농도 강화에 맞추어 현재 국내에 운영되고 있는 물리화학적 처리시설의 운영자료 조사를 통해 총인제거의 성능 분포를 나타내고, jar테스트를 이용한 경제성 분석을 통해 총인의 제거응집특성과 예상되는 운영비 방안에 대한 결론은 다음과 같다.
- jar 테스트 결과를 근거로 목표수질에 따라 활성슬러지 응집공정과 2차 처리수 응집공정에 요구되는 응집제(Alum) 구입비와 슬러지 발생량을 예측하고 상호 비교하였다(Table 4). 테스트 실험에서 사용된 응집제는 PAC, Alum 두 가지를 사용하였으나, 두 응집제의 처리효율이 크게 차이가 나지 않아 저렴한 Alum을 기준으로 경제성 분석을 하였다.
- 국내의 물리화학적 인 처리시설을 운전하고 있는 4개 공공하수처리시설(이하 I-1, B-1, I-2 및 N 시설)을 대상으로 연간(2009) 월평균 총인의 유입 및 유출수질을 조사하고 자료를 분석하였다. 연간 월평균 수질 데이터를 수집하여 장기간(12개월)에 걸친 인 처리시설 성능의 안정성을 평가하였다.
- 채취한 시료를 1 L 용량 비커에 각각 분취하여 급속교반을 수행하면서 미리 설정된 응집제 주입율에 따라 응집제를 주입하였다. 급속교반(180 RPM) 1분, 완속교반(40 RPM) 10분, 침전 30분 후 상징액을 채취하여 분석항목을 측정하였다. Jar 테스트에 사용된 응집제는 황산알루미늄(Aluminium Sulfate, Alum, 함량 7% as Al2O3)과 폴리염화알루미늄(Poly Aluminium Chloride, PAC, 함량 17% as Al2O3, 염기도 35%)이었다.
- 또한 상기 수준을 만족시키기 위해 인 농도를 매우 낮은 수준으로 낮추는 처리기술 적용의 가용성 여부와 비용에 대한 자료의 필요성이 대두되어, 본 연구에서는 국내의 가동 중인 물리화학적 인처리 시설의 운영실태를 조사하여 분석하고, 이를 기반으로 응집제 및 슬러지 발생량 등의 경제요인 분석을 통하여 추후 강화될 수질 기준을 만족시키기 위해 추가적으로 사용될 화학물질(응집제)을 이용한 인제거 시설 설치에 관한 정보를 구체적으로 제시하고자 한다. 또한, jar 테스트를 통해 최적응집조건과 슬러지 발생량을 도출하고 이를 통해 활성슬러지 혼합액의 응집방식과 2차 처리수의 응집방식에 의한 인 제거 결과로 응집제 주입량, 인 제거성능 및 슬러지 발생량 등을 비교, 평가하였다.
- 응집제 주입농도는 활성슬러지의 경우 0~35 ppm (as Al2O3) 범위로 조절하였으며, 2차침전수의 경우 0~15 mg/L (as Al2O3) 범위로 조절하여 목표로 하는 수질이 달성되도록 실험을 수행하였다. 분석항목은 TP, PO4-P, CODCr 등을 측정하였다. 완속교반이 진행되는 동안 혼합액 시료를 채취하여 고형물 농도(MLSS, SS)를 측정하였다.
- 상시 및 비상시 운전을 포함하여 물리화학적 인 처리시설을 가동하고 있는 공공하수처리시설을 조사하고 유입 및 방류수질을 분석하였다. 이들 처리시설 중 정상적인 총인의 유입농도 범위에서 처리성능이 우수한 시설 6 개소(이하 K, D, I-3, P, B-1 및 B-3 시설) 처리시설의 자료를 분석하였다.
- 상시 및 비상시 운전을 포함하여 정상적인 총인의 유입농도 범위에서 처리성능이 우수한 물리화학적 인 처리시설을 운전하고 있는 6개 공공하수처리시설(이하 K, D, I-3, P, B-1 및 B-3 시설)을 선정하여 일별 유입수질 및 방류수질을 설문조사 및 데이터 분석하였다. 선정된 처리시설 중 P, B-1 및 B-3은 2차 처리수 응집공정을 운전하고 있으며, 나머지 처리시설(K, D, I-3)들은 포기조 응집공정을 운전하고 있다.
- 국내의 물리화학적 인 처리시설을 운전하고 있는 4개 공공하수처리시설(이하 I-1, B-1, I-2 및 N 시설)을 대상으로 연간(2009) 월평균 총인의 유입 및 유출수질을 조사하고 자료를 분석하였다. 연간 월평균 수질 데이터를 수집하여 장기간(12개월)에 걸친 인 처리시설 성능의 안정성을 평가하였다. 현재 실제 규모의 처리시설에서 운전하고 있는 인 처리공정은 포기조(생물반응조) 후단에 응집제를 주입하여 기존 2차 침전지에서 침전제거하는 방식(이하 포기조 응집공정)과 2차 침전지 유출수에 응집제를 주입하고 추가적인 고액분리시설에서 제거하는 방식(이하 2차 처리수 응집공정)으로 분류된다.
- 분석항목은 TP, PO4-P, CODCr 등을 측정하였다. 완속교반이 진행되는 동안 혼합액 시료를 채취하여 고형물 농도(MLSS, SS)를 측정하였다. 정인산염(#-P)은 0.
- 응집제 Alum과 PAC을 포기조 채취수(TP: 4.4 mg/L) 및 2차 침전지 상등액 채취수(실현장 2곳 채취, TP: 0.7, 1.98 mg/L)에 alum 농도를 0~35 ppm (as Al2O3)범위로 여러 단계로 조절하여 주입하고 인 제거 성능을 관찰하였다(Table 3). 응집제를 주입한 결과는 응집제 종류에 따른 인 제거성능은 큰 차이가 없었으나, 동일한 주입율(as Al2O3)에서 PAC을 주입한 경우 약간 우수한 제거성능을 보였다.
- Jar 테스트에 사용된 응집제는 황산알루미늄(Aluminium Sulfate, Alum, 함량 7% as Al2O3)과 폴리염화알루미늄(Poly Aluminium Chloride, PAC, 함량 17% as Al2O3, 염기도 35%)이었다. 응집제 주입농도는 활성슬러지의 경우 0~35 ppm (as Al2O3) 범위로 조절하였으며, 2차침전수의 경우 0~15 mg/L (as Al2O3) 범위로 조절하여 목표로 하는 수질이 달성되도록 실험을 수행하였다. 분석항목은 TP, PO4-P, CODCr 등을 측정하였다.
- 인근 K, G 공공하수처리시설의 포기조(총인농도: 4.4 mg/L)와 2차 침전지(총인농도: 0.7, 1.98 mg/L)에서 각각 채취한 활성슬러지와 침전지 상등수를 대상으로 jar 테스트를 실시하여 인 제거를 관찰하였다. 채취한 시료를 1 L 용량 비커에 각각 분취하여 급속교반을 수행하면서 미리 설정된 응집제 주입율에 따라 응집제를 주입하였다.
- 장기간 물리화학적 인 처리시설을 운영하고 있는 4개의 하수처리장(이하 I-1, B-1, I-2 및 N 시설)에서 2009년도 1년 동안 운영한 자료를 수집하고, 월평균값으로 총인의 유입 및 유출 성능을 분석하였다. 장기간 운전하고 있는 상기 4개의 처리장 중 3개 처리시설(I-1, B-1 및 I-2 시설)은 응집/침전공정을, 1개 시설(N 시설)은 포기조 응집공정을 운전하고 있으며 장기간 안정적인 운전을 하고 있어 운전값을 수집하고 그 성능변화를 나타내었다.
- 98 mg/L)에서 각각 채취한 활성슬러지와 침전지 상등수를 대상으로 jar 테스트를 실시하여 인 제거를 관찰하였다. 채취한 시료를 1 L 용량 비커에 각각 분취하여 급속교반을 수행하면서 미리 설정된 응집제 주입율에 따라 응집제를 주입하였다. 급속교반(180 RPM) 1분, 완속교반(40 RPM) 10분, 침전 30분 후 상징액을 채취하여 분석항목을 측정하였다.
- 테스트 실험에서 사용된 응집제는 PAC, Alum 두 가지를 사용하였으나, 두 응집제의 처리효율이 크게 차이가 나지 않아 저렴한 Alum을 기준으로 경제성 분석을 하였다. 처리용량 10,000 m3/일의 처리시설을 기준으로 응집제 주입량과 구입비를 산정하였으며, 응집제 주입에 의해 증가한 MLSS(활성슬러지)와 SS(2차 처리수) 농도를 측정하여 그 증가량으로부터 슬러지 발생량을 예측하였다.
- jar 테스트 결과를 근거로 목표수질에 따라 활성슬러지 응집공정과 2차 처리수 응집공정에 요구되는 응집제(Alum) 구입비와 슬러지 발생량을 예측하고 상호 비교하였다(Table 4). 테스트 실험에서 사용된 응집제는 PAC, Alum 두 가지를 사용하였으나, 두 응집제의 처리효율이 크게 차이가 나지 않아 저렴한 Alum을 기준으로 경제성 분석을 하였다. 처리용량 10,000 m3/일의 처리시설을 기준으로 응집제 주입량과 구입비를 산정하였으며, 응집제 주입에 의해 증가한 MLSS(활성슬러지)와 SS(2차 처리수) 농도를 측정하여 그 증가량으로부터 슬러지 발생량을 예측하였다.
- 0 mg/L)에 준해 가동하고 있기 때문에, 강화되는 수질기준을 만족하고 있지는 않으므로 향후 2012년 인 처리시설의 처리성능강화가 요구된다. 한편, 이들 시설에서 각각 평균농도와 상위 95%에 해당하는 농도(95th 백분위수 농도)의 비, 즉 변동계수(VF; variability factor)를 계산하여 방류수질의 월별 변동폭과 장기적인 처리의 안정성을 비교하였다. B-1과 I-1 처리시설은 2차 처리수 응집공정을 운전하는 시설로 변동계수가 1.
- 국내의 물리화학적 인처리를 운전하고 있는 공공하수처리시설을 대상으로 운전현황 자료를 설문 조사하였으며, 조사방법은 전화, 이메일, 방문을 통한 설문지를 배포·수집하였다. 현재, 응집제를 적용하여 인처리 방법은 생물학적 처리공정의 포기조 후단에 응집제를 주입하는 방식과 2차 처리수를 대상으로 응집/고액분리공정을 운전하는 방식이 있으므로 이에 대해 국내 공공하수처리시설의 사례를 조사하고 각 시설의 유입수질 및 처리성능을 분석하였다.
대상 데이터
- 2010년 1~4월 4개월 동안 B-1 공공하수처리시설의 인 처리시설 일별 운전결과를 분석하였다(Fig. 5). B-1 시설은 2차 처리수 응집공정을 운전하고 있으며, 총인 유입농도는 2.
- 급속교반(180 RPM) 1분, 완속교반(40 RPM) 10분, 침전 30분 후 상징액을 채취하여 분석항목을 측정하였다. Jar 테스트에 사용된 응집제는 황산알루미늄(Aluminium Sulfate, Alum, 함량 7% as Al2O3)과 폴리염화알루미늄(Poly Aluminium Chloride, PAC, 함량 17% as Al2O3, 염기도 35%)이었다. 응집제 주입농도는 활성슬러지의 경우 0~35 ppm (as Al2O3) 범위로 조절하였으며, 2차침전수의 경우 0~15 mg/L (as Al2O3) 범위로 조절하여 목표로 하는 수질이 달성되도록 실험을 수행하였다.
- 국내의 물리화학적 인처리를 운전하고 있는 공공하수처리시설을 대상으로 운전현황 자료를 설문 조사하였으며, 조사방법은 전화, 이메일, 방문을 통한 설문지를 배포·수집하였다.
- 상시 및 비상시 운전을 포함하여 물리화학적 인 처리시설을 가동하고 있는 공공하수처리시설을 조사하고 유입 및 방류수질을 분석하였다. 이들 처리시설 중 정상적인 총인의 유입농도 범위에서 처리성능이 우수한 시설 6 개소(이하 K, D, I-3, P, B-1 및 B-3 시설) 처리시설의 자료를 분석하였다. 선정된 처리시설 중 P, B-1 및 B-3은 2차 처리수 응집공정을 운전하고 있으며, 나머지 처리시설들은 포기조 응집공정을 운전하고 있다.
성능/효과
- 31) mg/L이었다. 1.0 mg/L를 초과한 경우를 제외한 상위 99th 백분위수에 해당하는 농도는 0.70 mg/L이었으며, 이에 해당하는 변동계수는 2.18이었다(Table 2). 조사기간 동안 총인 방류농도는 전체 농도범위에 걸쳐 고루 분포하는 것으로 나타났는데, 방류농도가 0.
- 2차처리수에 Alum을 주입해 10,000 m3/일을 처리하는 시설을 기준으로 하여, 총인 농도를 0.2~0.5 mg/L로 저감하기 위해 필요한 최소 주입량은 0.35~0.93 m3/일로 활성슬러지 응집실험의 3.52~4.22 m3/일에 비해 약 1/10~1/5 수준으로 절감되는 것으로 예측되었다. 이를 근거로 계산된 응집제 구입비는 포기조 응집의 경우 2차 처리수 응집에 비해 약 4~10배가 증가하는 것으로 예측되었다.
- 1, 2). 그러나 각각의 공정에서 일최대농도는 0.38~0.77 mg/L 및 0.34~0.77 mg/L 범위로 유사하였으며, 간헐적으로 1.0 mg/L을 초과하는 경우도 발생하여 시설운전의 최적관리가 필요한 것으로 나타났다. 한편, 변동계수로 평가한 방류수질의 변동폭은 2차 처리수 응집공정이 큰 것으로 나타났는데, 이는 방류수 평균농도가 상대적으로 낮았기 때문이다.
- 12) mg/L로 양호한 수질을 나타내었다. 그러나 상위 99th 백분위수에 해당하는 농도가 일시적으로 0.53 mg/L에 달하였으며, 이에 해당하는 변동계수(평균농도에 대한 비)는 3.07로 비교적 변동폭이 큰 것으로 나타났다(Table 2). 조사기간 동안 총인 방류농도는 0.
- 두 번째 TP농도가 0.7 mg/L인 현장 폐수의 테스트 실험은 응집제는 0~15 mg/L (as Al2O3) 범위로 조절하여 주입하였으며 총인 농도 0.2 mg/L 이하의 수질을 달성하기 위한 주입율은 6~9 mg/L범위로 포기조 채취수에 비해 매우 낮은 수준이었다. 따라서 2차 처리수를 대상으로 응집공정을 적용할 경우, 활성슬러지 포기조에 주입하는 경우에 비해 응집제 주입량을 대폭 절감할 수 있음을 확인할 수 있었다.
- 2 mg/L 이하의 수질을 달성하기 위한 주입율은 6~9 mg/L범위로 포기조 채취수에 비해 매우 낮은 수준이었다. 따라서 2차 처리수를 대상으로 응집공정을 적용할 경우, 활성슬러지 포기조에 주입하는 경우에 비해 응집제 주입량을 대폭 절감할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이때 총인과 정인산염의 최종 농도는 각각 0.
- 12 mg/L 범위로 분포하였다. 또한, 각각의 인 처리공정별 전체적인 총인 평균농도는 각각 0.23 및 0.10 mg/L로, 2차 처리수 응집공정이 상대적으로 처리성능이 우수하였다(Fig. 1, 2). 그러나 각각의 공정에서 일최대농도는 0.
- 10 mg/L 이하에 분포하였다. 또한, 방류농도가 0.3 mg/L (II지역 향후 방류수수질기준)을 초과하는 일수가 1일에 불과하여 비교적 안정적인 제거성능을 유지하는 것으로 나타났다(Fig. 2, 5).
- 15 mg/L 범위에 분포하였다. 또한, 방류농도가 0.5 mg/L (III지역 향후 방류수수질기준)을 초과하는 경우는 발생하지 않았으며 0.3 mg/L (II지역 향후 방류수수질기준)을 초과하는 일수가 5일로 전체 조사일수의 4%를 차지하여 비교적 안정적인 방류수질을 유지하였다.
- 3 mg/L (II지역 향후 방류수수질기준)을 초과하는 일수가 전체 조사일수의 58%를 상회하였다. 또한, 방류농도가 0.5~1.2 mg/L 범위인 일수가 전체 조사일수의 23%를 차지하는 것으로 나타났다(Fig. 4).
- 06) mg/L로 매우 양호한 수질을 보였다. 또한, 상위 99th 백분위수에 해당하는 농도는 0.33 mg/L로 비교적 안정적인 처리성능을 유지하였으며, 이에 해당하는 변동계수는 4.13로 높은 편이었다(Table 2). 조사기간 동안 일별 총인 방류농도의 80% 이상이 0.
- 10) mg/L로 양호한 수질을 보였다. 또한, 상위 99th 백분위수에 해당하는 농도는 0.34 mg/L로 비교적 안정적인 처리성능을 유지하였으며, 이에 해당하는 변동계수는 2.86이었다(Table 2). 조사기간 동안 일별 총인 방류농도의 70% 이상이 0.
- 76 원/m3의 범위의 증액이 예상되며 응집보조제 등의 사용여부와 유지관리의 최적화로 경제성 제고가 가능하다. 또한, 실험실에서 수행한 기초실험 결과, 활성슬러지의 경우 0.5 mg/L와 0.2 mg/L 이하의 총인 농도를 달성하기 위해 필요한 최소한의 응집제 주입량은 각각 25 mg/L와 30 mg/L (as Al2O3)이 필요한 것으로 나타났으나 안정적인 처리를 위해서는 약 20% 이상 과잉 주입할 필요가 있어 응집제 구입비가 증가하며 반면, 2차 침전수의 경우에는 활성슬러지에 주입하는 양의 약 1/3~1/12이 요구되는 것으로 나타났다. 실험실에서 수행한 jar 테스트 결과에서 응집제 주입에 따른 슬러지 발생량은 활성슬러지의 경우 약 10~11%가 증가하는 것으로 예측할 수 있으나, 현장의 경우에는 고형물 및 기타 염류의 농도와 응집제 주입량 등에 따라 증가될 것이며 활성슬러지 응집공정의 슬러지 발생량은 2차 처리수 응집공정에 비해 약 4~10배 정도가 많을 것으로 예상된다.
- 29 mg/L로 상대적으로 낮았다. 또한, 평균 제거효율은 94%로 조사대상 시설 중 가장 우수하였으며, 전체 평균농도와 중간값 농도는 모두 0.21 mg/L로 안정적인 처리성능을 보여주었다. I-2 처리시설의 2009년 월평균 총인 유입농도와 방류농도는 각각 5.
- )의 Alum을 주입할 경우, 응집제 주입 전의 MLSS 농도에 비해 약 10~11%(건조무게) 정도가 증가하는 것으로 관찰되었다. 반면, 2차 처리수에 12 mg/L의 Alum을 주입할 경우, 고형물(SS) 농도의 증가량은 응집제를 주입하지 않은 활성슬러지 MLSS 농도의 0.6~1.7%에 해당되는 것으로 예측되었다. 이를 근거로 계산된 슬러지 발생량은 포기조 응집공정이 2차 처리수 응집 공정에 비해 약 4~10배 정도 발생되는 것으로 예측되었다.
- 4 mg/L까지 낮아짐을 관찰하였다. 반면, PAC의 경우 Alum에 비해 알칼리도 소비량이 적어 pH 감소폭이 낮은 것으로 나타났으며, 알칼리도는 PAC은 90.5 mg/L에서 40 mg/L으로, Alum은 84.4 mg/L에서 13.0 mg/L으로 낮아졌다.
- 9) 그러므로 일반적으로 PAC 적용이 효율이 높아 실현장에 많이 사용되고 있다. 본 연구 실험결과에서도 PAC가 상대적으로 사용 시 CODCr제거 효율과 Alkalinity가 적게 소요되어 더 유리한 점을 확인 할 수 있었다.
- 본 연구결과에서 도출된 처리비 증가액은 활성슬러지 시료(총인농도: 3.85 mg/L)를 대상으로 할 경우 40.6~48.7 원/m3의 범위를 나타내었으며, 2차 처리수 시료(총인농도: 0.78 mg/L)인 경우 4.05~10.76 원/m3의 범위를 나타내었다. 이 결과는 탈수 보조제 등의 비용은 포함되지 않았으며, 비용을 절감하기 위해서는 응집보조제를 주입하면 Alum 응집의 경우 효과가 큰 것으로 알려져 있다.
- 본 연구에서 설문조사한 국내 공공하수처리시설에 적용된 인 처리공정은 포기조 응집공정과 2차 처리수 응집공정으로 구분되며 후속되는 고액분리시설은 모두 침전공정이 적용되고 부상, 여과 등의 기타 공정이 적용된 사례는 없는 것으로 조사되었다. 시설 별 총인 일평균 방류농도를 조사한 결과, 포기조 응집공정의 경우 0.
- 24) mg/L이었다. 상위 99th 백분위수에 해당하는 농도는 0.36 mg/L이었으며, 이에 해당하는 변동계수는 1.48로 비교적 안정적인 처리성능을 유지하는 것으로 나타났다(Table 2). 조사기간 동안 총인 방류농도는 0.
- 세 번째 TP 농도가 1.98 mg/L인 현장 폐수의 실험은 총인 0.2 mg/L 이하의 수질을 달성하기 위한 주입율은 10~12 mg/L 범위로 초기 농도 0.7 mg/L의 처리수에 비해 약간 높은 편이었으나 활성슬러지에 비해 주입율이 대폭 절감되는 것으로 나타났다. 이 때 총인과 정인산염의 최종 농도는 각각 0.
- 본 연구에서 설문조사한 국내 공공하수처리시설에 적용된 인 처리공정은 포기조 응집공정과 2차 처리수 응집공정으로 구분되며 후속되는 고액분리시설은 모두 침전공정이 적용되고 부상, 여과 등의 기타 공정이 적용된 사례는 없는 것으로 조사되었다. 시설 별 총인 일평균 방류농도를 조사한 결과, 포기조 응집공정의 경우 0.17~0.32 mg/L 범위인 반면, 2차 처리수 응집공정의 경우 0.08~0.12 mg/L 범위로 분포하였다. 또한, 각각의 인 처리공정별 전체적인 총인 평균농도는 각각 0.
- 2 mg/L 이하의 총인 농도를 달성하기 위해 필요한 최소한의 응집제 주입량은 각각 25 mg/L와 30 mg/L (as Al2O3)이 필요한 것으로 나타났으나 안정적인 처리를 위해서는 약 20% 이상 과잉 주입할 필요가 있어 응집제 구입비가 증가하며 반면, 2차 침전수의 경우에는 활성슬러지에 주입하는 양의 약 1/3~1/12이 요구되는 것으로 나타났다. 실험실에서 수행한 jar 테스트 결과에서 응집제 주입에 따른 슬러지 발생량은 활성슬러지의 경우 약 10~11%가 증가하는 것으로 예측할 수 있으나, 현장의 경우에는 고형물 및 기타 염류의 농도와 응집제 주입량 등에 따라 증가될 것이며 활성슬러지 응집공정의 슬러지 발생량은 2차 처리수 응집공정에 비해 약 4~10배 정도가 많을 것으로 예상된다.
- 1 mg/L이었다. 월평균 총인 방류농도는 0.11~2.38 mg/L 범위로 평균 제거효율은 84.1%로 우수하였으나, 개별 시설에 따른 처리성능의 편차가 발생하는 것으로 나타났다. 이들 시설의 대부분은 현행 총인 방류수질기준(2.
- 위의 결과에서 보듯이 포기조처리수, 2차처리수-1 (0.7 mg/L), 2차처리수-2 (1.98 mg/L)의 응집경향은 PAC, Alum에 따라 큰 차이를 보이지 않았으며 2차 처리수에 응집제를 주입하는 경우 포기조처리수에 주입시보다 응집제 양을 대폭 절감할 수 있었다. 응집제의 투입점에 대한 효과는 위의 샘플 실험결과에서도 명확히 나타나듯이 포기조의 경우 BOD가 방해물질로 작용하여 응집제 요구량이 증가하지만, 침전조 유입직전에 투입할 경우는 적절한 와류형성과 응집시간을 필요로 하며 수리학적 체류시간이 긴 2차 침전조를 사용할 수 있으므로 부지가 좁은 실 현장에서는 매우 이상적이다.
- 98 mg/L)에 alum 농도를 0~35 ppm (as Al2O3)범위로 여러 단계로 조절하여 주입하고 인 제거 성능을 관찰하였다(Table 3). 응집제를 주입한 결과는 응집제 종류에 따른 인 제거성능은 큰 차이가 없었으나, 동일한 주입율(as Al2O3)에서 PAC을 주입한 경우 약간 우수한 제거성능을 보였다. 먼저 포기조 채취수 실험에서 강화된 기준을 만족하기 위해 주입량 결정 실험에서는 총인 0.
- 7%에 해당되는 것으로 예측되었다. 이를 근거로 계산된 슬러지 발생량은 포기조 응집공정이 2차 처리수 응집 공정에 비해 약 4~10배 정도 발생되는 것으로 예측되었다. 이 슬러지 발생량은 농축슬러지의 함수율을 활성슬러지의 경우 96%, 응집제 슬러지의 경우 97%로 가정하여 계산한 것이며, 슬러지 발생량을 예측하여 Table 4에 경제성 분석의 내용을 제시하였다.
- 38 mg/L 범위로 상대적으로 높았다. 인 처리시설을 2009년 9월부터 가동을 시작하여 제거효율이 향상되었으나, 유입농도가 증가함에 따라 방류농도는 1.0~2.0 mg/L 범위로 유지되어 가동 이전의 수질에 비해 크게 향상되지 않는 것으로 나타났다. N 처리시설의 2009년 월평균 총인 유입농도는 2.
- 38 mg/L 범위로 큰 폭으로 변화하였다. 일별 방류농도는 0.01~0.77 mg/L로, 평균농도(중간값)는 0.11(0.06) mg/L로 매우 양호한 수질을 보였다. 반면, 상위 99th 백분위수에 해당하는 농도는 0.
- 07로 비교적 변동폭이 큰 것으로 나타났다(Table 2). 조사기간 동안 총인 방류농도는 0.10~0.15 mg/L 범위에 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다 (Fig. 3). 반면, 방류농도가 0.
- 48로 비교적 안정적인 처리성능을 유지하는 것으로 나타났다(Table 2). 조사기간 동안 총인 방류농도는 0.20~0.25 mg/L 범위에 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다. 방류농도가 0.
- 18이었다(Table 2). 조사기간 동안 총인 방류농도는 전체 농도범위에 걸쳐 고루 분포하는 것으로 나타났는데, 방류농도가 0.3 mg/L (II지역 향후 방류수수질기준)을 초과하는 일수가 전체 조사일수의 58%를 상회하였다. 또한, 방류농도가 0.
- 91 mg/L이었다. 조사대상 4개 처리시설의 월평균 수질을 조사한 결과, 월평균 총인 방류농도는 0.11~2.38 mg/L 범위이다(Table 1). 한편, B-1 처리시설을 제외하고 인 처리방식에 따른 성능의 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.
- 이에 비해 미국 EPA6)에서 총인 고도처리(화학적 처리병용)를 적용하고 있는 시설에 대한 설문조사한 문헌에 따르면 약품주입과 일련의 여과기술을 적용하여 방류 인(TP)농도를 매우 낮게 방류하는데 매우 효과적인 것으로 분석하였다. 특히 총인 뿐 아니라 본 공정을 통해 생화학적 산소요구량(BOD), 총부유고형물(TSS), 분원성 대장균(Fecal Coliform Bacteria) 등과 같은 수질에 영향을 미치는 기타 오염물질을 같이 줄일 수 있었던 것으로 조사되었으며, 각 시설에서 공통적으로 적용하고 있는 기술은 2차 처리공정에서 생물학적 고도처리(EBNR)를 적용하여 3차 응집/여과 공정에 앞서 총인 농도를 최대한으로 낮추어 후속되는 응집/여과공정의 성능향상 및 운영비(특히 약품비 및 처리비)를 절감하였다. 이 설문조사에서 생물학적 고도처리 기술 적용 예에서 총인 농도가 종종 약 0.
- 30 mg/L 범위로 수질 변동폭이 다소 큰 편이었다. 평균 제거효율은 76%이었으며, 전체 평균농도와 중간값 농도는 각각 0.79 및 0.91 mg/L이었다. 조사대상 4개 처리시설의 월평균 수질을 조사한 결과, 월평균 총인 방류농도는 0.
- 93 mg/L 범위이다. 평균 제거효율은 90%이었으며, 전체 평균농도와 중간값 농도는 각각 0.61 및 0.65 mg/L이다(Fig. 1). B-1 처리시설의 2009년 월평균 총인 유입농도는 2.
- 08 mg/L 범위로 낮았으며 총인에 대한 정인산염(#)의 비는 77~83%에서 응집제 35 ppm 주입 후 약 10% 수준으로 감소하였다. 한편, CODCr 제거효율은 31~36% 범위로 초기 13.7~14.2 mg/L에서 9.0~9.4 mg/L까지 낮아짐을 관찰하였다. 반면, PAC의 경우 Alum에 비해 알칼리도 소비량이 적어 pH 감소폭이 낮은 것으로 나타났으며, 알칼리도는 PAC은 90.
- 08 mg/L 범위이었으며, 총인에 대한 정인산염의 비는 약 20% 수준으로 감소하였다. 한편, CODCr 제거효율은 43~45% 범위로 응집제 종류에 관계없이 유사하였으며, 활성슬러지의 경우와도 유사하였다. 한편 응집제 주입율이 낮았기 때문에 알칼리도 소비량과 pH 감소폭은 큰 차이가 없었다.
- 04 mg/L 범위이었으며 총인에 대한 정인산염의 비는 약 10~27% 수준으로 감소하였다. 한편, CODCr 제거효율은 45~47% 범위로 응집제 종류에 관계없이 유사하였으며, 응집제 주입율이 낮았기 때문에 알칼리도 소비량과 pH 감소폭은 큰 차이가 없었다.
- 현재 응집제 주입을 통한 인 처리공정을 가동 중인 처리시설의 사례를 종합적으로 평가할 때, 평균 방류농도는 향후 강화되는 총인 방류수수질기준(지역구분에 따라 0.2~0.5 mg/L)을 준수할 수 있는 것으로 나타났으나, 일최대 또는 순간농도가 0.5 mg/L 이상으로 검출되는 경우가 빈번히 발생하므로 인 처리시설의 철저한 수질 모니터링과 최적 유지관리가 중요한 것으로 판단된다. 특히, 총인 방류농도의 증가는 생물학적 2차 처리공정의 처리성능이 저하되고 인 처리시설의 부하량이 증가하는 동절기에 주로 발생하는 것으로 관찰됨에 따라 특히 동절기의 생물학적 고도처리공정 및 인 처리시설의 최적운전을 위한 대책이 필요한 것으로 판단된다.
- 현재 인 처리공정을 가동 중인 처리시설의 사례를 종합적으로 평가할 때, 평균 방류농도는 향후 강화되는 총인 방류수수질기준(지역구분에 따라 0.2~0.5 mg/L)을 준수할 수 있는 것으로 나타났으나, 일최대 또는 순간농도가 0.5 mg/L 이상으로 검출되는 경우가 빈번히 발생하므로 인 처리시설의 철저한 수질 모니터링과 최적 유지관리가 중요한 것으로 판단된다. 특히, 총인 방류농도의 증가는 생물학적 2차 처리공정의 처리성능이 저하되고 인 처리시설의 부하량이 증가하는 동절기에 주로 발생하는 것으로 관찰됨에 따라 특히 동절기의 생물학적 고도처리공정 및 인 처리시설의 최적운전을 위한 대책이 필요한 것으로 판단된다.
- 활성슬러지에 30 mg/L (as Al2O3)의 Alum을 주입할 경우, 응집제 주입 전의 MLSS 농도에 비해 약 10~11%(건조무게) 정도가 증가하는 것으로 관찰되었다. 반면, 2차 처리수에 12 mg/L의 Alum을 주입할 경우, 고형물(SS) 농도의 증가량은 응집제를 주입하지 않은 활성슬러지 MLSS 농도의 0.
후속연구
- 따라서 계절별 원수수질, 적용 공정의 성능 및 기타 환경·운전인자를 고려한 시설의 최적 운전관리가 필요할 것으로 판단된다.
- 또한, 월평균 방류수질을 근거로 판단할 때, 대부분의 시설(B-1 제외)은 지역구분에 따른 향후 방류수수질기준을 초과하였다. 이는 현재 가동되고 있는 인 처리시설은 현행 총인 방류수수질기준을 준수하기 위한 수준으로 운전되고 있기 때문이며, 처리성능을 향상시키고 방류수질을 낮게 안정적으로 유지하기 위해서는 추가적인 총인 처리를 위한 응집제를 더 주입하고 지속적인 수질 모니터링 및 처리설비와 운전조건의 최적관리로 운영을 안정화하는 것이 필요할 것으로 사료된다.
- 미국 EPA6)에서 보고한 바에 따르면 각 현장에서 응집제 사용으로 인한 총인 제거 공정에서 유지 및 운영비용은 각 실 현장(혹은 지자체) 마다 매우 다르며 구체적 수치를 제시하지는 않았으나, 상승분을 포함한 월별하수도 요금이 적당한 것으로 보고하였다. 일련의 연구결과들을 종합적으로 분석해 보면 응집제 투여 위치에 따라 발생하게 되는 슬러지 발생량 및 추가 운영비 등의 요인이 활성슬러지 후단투입과 2차 처리수 투입에 따라 크게 차이가 발생하며, 활성슬러지조 후단 투입 시 혹은 저농도 총인 달성을 위해 과량의 응집제 투입 시, 생물반응조 질산화 미생물 저해 등의 추가적 문제 발생을 고려해야한다.3,14,15) 이에 2차 침전지 이후 별도의 고액분리시설을 운영하여 시설의 형식 및 운전 조건에 따른 최적화 및 경제적 운영 방안에 대해 고려해야 한다.
- 5 mg/L 이상으로 검출되는 경우가 빈번히 발생하므로 인 처리시설의 철저한 수질 모니터링과 최적 유지관리가 중요한 것으로 판단된다. 특히, 총인 방류농도의 증가는 생물학적 2차 처리공정의 처리성능이 저하되고 인 처리시설의 부하량이 증가하는 동절기에 주로 발생하는 것으로 관찰됨에 따라 특히 동절기의 생물학적 고도처리공정 및 인 처리시설의 최적운전을 위한 대책이 필요한 것으로 판단된다.
- 다만, 활성슬러지와 2차 처리수의 총인 및 고형물농도, 약품종류, 교반조건 그리고 기타 수질 및 환경조건 등에 따라 결과의 차이가 발생할 수 있다. 한편, 2차 처리수 응집실험의 경우에서 플록의 효과적인 성장과 침전성을 향상시키기 위한 응집보조제의 적용을 검토해야 할 것으로 판단된다. 응집보조제는 응집공정 중 응집제와 같이 주입하여 주로 응집입자의 밀도를 증가시켜 침전성을 향상시키기 위해 사용되며 실제 고속응집침전공정, ACTIFLO 공정 등에서 보조제를 사용하여 효율제고가 가능하다.
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