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문제 정의
- PAC와 Alum 응집제를 미생물에 직접 투입할 경우에 있어 응집제가 미생물에 미치는 영향을 살펴보았다. Fig.
- 4는 응집제 주입량에 대한 pH의 변화를 나타낸 것으로, 사용되는 응집제는 산성의 액성을 유지함에 따라 응집제를 주입에 따라 pH가 낮아질 수가 있다. 응집제 주입량에 따른 pH 변화 정도를 살펴볼 필요성이 제기됨에 따라 Alum 과 PAC 응집제에 대한 응집제 주입량에 대한 pH의 변화를 살펴 본 것이다. Fig.
- 이에 따라 본 연구에서는 2012년부터 강화되는 하수처리 방류수의 수질기준을 만족하기 위하여 액체황산알루미늄 (Alum)과 폴리염화알루미늄(PAC) 응집제를 사용하여 총인 제거효율에 따른 응집제 주입량을 결정하고, 총인의 수질기준을 만족하기 위한 응집제 사용에 따른 미생물 활성도 등에 미치는 영향을 분석하여 생물학적 하수처리공정 운영의 안정성을 확보하고자 하였다.
제안 방법
- PAC와 Alum 응집제를 이용하여 응집 침전된 슬러지를 반송(25%, 50%)하는 경우 폭기조 내 호기성 미생물에 미치는 영향을 확인하기 위하여 산소소비율 측정 전후의 호기성 미생물 개체수를 측정하였다.
- PAC와 Alum 응집제를 이용하여 응집침전된 슬러지를 반송(25%, 50%)한 경우에 있어 슬러지에 함유되어 있는 응집제의 주성분인 알루미늄이 미생물에 미치는 영향을 살펴보았다. 우선, 응집침전된 슬러지를 반송(25%, 50%)에 따른 DO의 변화를 살펴보았는데 Fig.
- 강화되는 하수처리 방류수 수질기준을 만족하기 위하여 액체황산알루미늄(Alum)과 폴리염화알루미늄(PAC) 응집제를 사용하여 총인 제거효율을 평가하고 응집제 사용에 따른 미생물 활성도 등에 미치는 영향을 분석한 결과 다음과 같은 몇 가지 결론을 도출할 수 있었다.
- . 그리고 미생물에 대한 활성도 영향을 살펴보기 위해 응집제 직접 사용 및 응집 침전된 슬러지의 반송에 따른 미생물 개체수 분석을 이용하였다.
- 산소소비율 측정에서 사용된 침전슬러지에 응집제를 직접 투입하여 응집제의 직접 사용에 따른 미생물의 산소소비율을 측정하였다. 또한 반송슬러지에 대한 영향을 살펴보기 위하여, 폭기조 혼합액에 응집제를 투입하여 응집시킨 슬러지를 25%와 50%를 침전슬러지에 투입하여 산소소비율을 측정하였다.
- 분리된 상등액은 용존산소가 약 5 mg/L 이상이 되도록 10분간 150 rpm으로 와동 혼합하고, 포화된 상등액과 침전 슬러지를 다시 혼합 하여 300 mL 삼각플라스크에 채우고 DO 전극이 삽입된 실리콘마개로 공기가 들어가지 않도록 밀폐하였다. 마그네틱 스틸러를 이용하여 충분히 교반하면서 시간경과에 따른 용존산소 변화를 측정하였다. 이때 용존산소 변화에 따른 단위 시간당 이용되는 용존산소 농도를 산정하여 산소이용속도 (rr, mgO2/L·hr)를 구하고, 활성슬러지 미생물(MLVSS)에 대한 산소이용속도계수(Kr, mgO2/g․MLVSS․hr)를 산출하여 비산소소비율(SOUR) 값으로 이용하였다.
- 미생물 개체수 분석은 Colony counter (C-CO3, Chang-shin scientific)를 이용하였으며, 활성슬러지 호기성 박테리아의 균수를 통해 응집제의 직접 영향과 응집 침전된 슬러지 반송에 따른 영향을 살펴보았다. 균수 측정은 시료를 10배수로 순차적으로 희석하여 각각 1 mL 취하여 2매 1조로 페트리 디쉬에 넣고 약 15 mL의 R2A배지를 무균적으로 부은 후 시료와 배지를 혼합한다.
- 배지가 응고된 후 20 ± 1℃에서 72 ±3시간 배양하여 집락수를 계수하여 응집제의 직접 영향과 응집 침전된 슬러지의 반송에 따른 영향을 살펴보았다.
- 5는 응집제 주입량에 대한 탁도의 변화를 나타낸 것이다. 본 연구에서 사용된 대상 시료는 최종 침전지 유입 직전의 폭기조 물을 채수하여 침전시킨 후 상등수를 대상 원수로 사용하였으므로 상등수에 대한 응집 영향을 판단하기 위해 응집 후 탁도를 측정하여 Alum과 PAC 응집제에 대한 응집효율을 판단하였다.
- 이때 용존산소 변화에 따른 단위 시간당 이용되는 용존산소 농도를 산정하여 산소이용속도 (rr, mgO2/L·hr)를 구하고, 활성슬러지 미생물(MLVSS)에 대한 산소이용속도계수(Kr, mgO2/g․MLVSS․hr)를 산출하여 비산소소비율(SOUR) 값으로 이용하였다. 산소소비율 측정에서 사용된 침전슬러지에 응집제를 직접 투입하여 응집제의 직접 사용에 따른 미생물의 산소소비율을 측정하였다. 또한 반송슬러지에 대한 영향을 살펴보기 위하여, 폭기조 혼합액에 응집제를 투입하여 응집시킨 슬러지를 25%와 50%를 침전슬러지에 투입하여 산소소비율을 측정하였다.
- PAC와 Alum 응집제를 이용하여 응집침전된 슬러지를 반송(25%, 50%)한 경우에 있어 슬러지에 함유되어 있는 응집제의 주성분인 알루미늄이 미생물에 미치는 영향을 살펴보았다. 우선, 응집침전된 슬러지를 반송(25%, 50%)에 따른 DO의 변화를 살펴보았는데 Fig. 9는 응집제를 사용하지 않은 경우에 있어서 응집침전된 슬러지의 반송(25%, 50%)에 따른 DO의 변화를 각각 나타낸 것이다. Fig.
- 응집실험은 Jar tester를 이용하였으며, 응집실험에서의 응집제별 주입농도는 Alum과 PAC를 각각 30, 50, 70, 100 mg/L 주입하여 응집실험을 실시하였다. 응집실험에 사용된 교반 속도는 급속혼화 250 rpm (평균속도경사, G = 550 sec-1)과 완속혼합 30 rpm (G = 22 sec-1)이었으며, 교반시간은 각각 1분과 30분으로 유지하였고 교반 후 침전시간은 1시간으로 하였다. 침전 후 수면아래 10 cm 지점의 채수구를 통하여 채수한 다음 T-P 분석을 실시하였으며, 총인에 대한 수질분석은 Standard methods15)에 준하였다.
- 응집실험은 Jar tester를 이용하였으며, 응집실험에서의 응집제별 주입농도는 Alum과 PAC를 각각 30, 50, 70, 100 mg/L 주입하여 응집실험을 실시하였다. 응집실험에 사용된 교반 속도는 급속혼화 250 rpm (평균속도경사, G = 550 sec-1)과 완속혼합 30 rpm (G = 22 sec-1)이었으며, 교반시간은 각각 1분과 30분으로 유지하였고 교반 후 침전시간은 1시간으로 하였다.
- 이때 용존산소 변화에 따른 단위 시간당 이용되는 용존산소 농도를 산정하여 산소이용속도 (rr, mgO2/L·hr)를 구하고, 활성슬러지 미생물(MLVSS)에 대한 산소이용속도계수(Kr, mgO2/g․MLVSS․hr)를 산출하여 비산소소비율(SOUR) 값으로 이용하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 대상 시료는 부산시 A 하수처리장의 최종 침전지 유입 직전의 폭기조 물을 채수하여 침전시킨 후 상징수를 대상 원수로 하였으며, 대상 원수의 수질은 Table 1과 같다.
- 응집실험에 사용된 응집제는 수처리 현장에서 일반적으로 사용되는 Alum과 PAC를 사용하였다. PAC는 Al (III) 용액에 염기를 첨가하여 알루미늄을 미리 가수분해시켜 제조된 제품이며, 고분자성 알루미늄을 다량 함유하고 있는 알루미늄계 응집제이다.
이론/모형
- 그리고 Alum은 수산화알루미늄과 황산을 이용하여 제조된 제품으로 주로 단분자성의 알루미늄이 주종을 이루고 있는 응집제이다. 이들 응집제에 대한 특성 분석은 수처리제의 기준과 규격 및 표시기준8)과 착화합제와 반응률에 기초한 Ferron 분석법9~14)을 이용하였다.
- 응집실험에 사용된 교반 속도는 급속혼화 250 rpm (평균속도경사, G = 550 sec-1)과 완속혼합 30 rpm (G = 22 sec-1)이었으며, 교반시간은 각각 1분과 30분으로 유지하였고 교반 후 침전시간은 1시간으로 하였다. 침전 후 수면아래 10 cm 지점의 채수구를 통하여 채수한 다음 T-P 분석을 실시하였으며, 총인에 대한 수질분석은 Standard methods15)에 준하였다.
성능/효과
- 1) 응집실험에 사용된 Alum의 경우 Al2O3 함량이 8.1%이었고 염기도는 나타나지 않았으며, monomeric Al (III)종 98.0%, polymeric Al (III)종은 1.2%, precipitate Al (III)종 0.8%로 주로 단분자성의 알루미늄이 주종을 이루고 있었다.
- 2) Alum과 PAC 응집제를 이용한 응집실험결과에서 응집제 주입량이 증가함에 따른 총인 제거는 향상되는 것으로 나타났으며 Alum에 비하여 PAC 응집제의 경우에서 비슷하거나 다소 나은 총인의 수질을 나타내었다. 그리고 응집제 주입량에 대한 pH 변화에서는 PAC 경우에서 Alum에 비하여 pH폭이 적게 나타났으며, 탁도개선 효과가 우수한 것으로 나타났다.
- 3) PAC와 Alum 응집제를 이용하여 응집제 주입량에 따른 비산소소비율(SOUR) 변화에서 응집제를 주입한 경우에서 주입하지 않은 경우 보다 낮은 비산소소비율(SOUR) 값을 나타내어 응집제에 의한 미생물 활성도 영향은 있는 것으로 나타났다. 응집제를 사용한 경우에 있어서는 PAC 응집제의 경우 Alum에 비하여 응집제 주입량에 따라 비산소소비율(SOUR)값이 높게 나타나 Alum에 비해 PAC가 미생물 활성도에 대한 영향을 적게 미치는 것으로 판단된다.
- 4) PAC와 Alum 응집제를 이용하여 응집침전된 슬러지를 반송(25%, 50%)하였을 경우 비산소소비율(SOUR) 변화에서 반송률에 따른 비산소소비율(SOUR)은 반송률 25%와 50% 모두 응집제 주입량을 증가하여도 비슷한 비산소소비율(SOUR)을 유지하여 응집침전된 슬러지 반송에 따른 미생물 활성도에 대한 영향은 미미한 것으로 나타났다.
- 5) PAC와 Alum 응집제를 이용하여 응집침전된 슬러지를 반송(25%, 50%)한 경우에 있어 미생물 개체수를 통한 폭기조내의 미생물에 미치는 영향은 미미한 것으로 판단된다.
- 5에서 나타난 바와 같이 응집실험에서 사용된 응집제 모두 주입량을 증가함에 따라 탁도 개선 효과는 우수한 것으로 나타났다. Alum과 PAC 응집제를 비교하여 보면, PAC의 경우 Alum에 비하여 탁도 개선 효과가 우수한 것으로 나타났다. 이는 응집제 주입량에 따른 pH 변화폭이 적게 나타난 Fig.
- Fig. 5에서 나타난 바와 같이 응집실험에서 사용된 응집제 모두 주입량을 증가함에 따라 탁도 개선 효과는 우수한 것으로 나타났다. Alum과 PAC 응집제를 비교하여 보면, PAC의 경우 Alum에 비하여 탁도 개선 효과가 우수한 것으로 나타났다.
- 13은 Alum 응집제를 사용하여 응집침전된 슬러지의 반송(25%, 50%)에 따른 DO 변화를 각각 나타낸 것이다. PAC와 Alum 응집제를 사용하여 응집침전된 슬러지 반송(25%, 50%)에 따른 DO 변화에서 모두 반송률이 높은 경우에서 용존산소 소모가 빨리 이루어짐을 알 수 있다. 이는 반송률 증가에 따른 미생물 농도가 많아짐에 따른 것으로 판단된다.
- 응집제 주입량에 따른 총인의 제거는 응집제 주입량이 증가함에 따라 향상되는 것으로 나타났다. 그리고 Alum에 비하여 PAC 응집제의 경우에서 비슷하거나 다소 나은 총인의 수질을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 수중에 존재하고 있는 입자상 물질에 함유된 인 성분이 응집작용에 같이 작용된 것으로 판단된다.
- 1%를 함유하고 있으며, 염기도는 나타나지 않았다. 그리고 PAC는 Al2O3 함량을 10.5%로 Alum에 비해 많은 Al 함량을 함유하고 있었으며, 염기도는 39.2%를 함유하고 있어 응집제 내 고분자성 Al (III)종을 함유하고 있음을 알 수 있다. 이는 Table 3과 Fig.
- 8%로 주로 단분자성의 알루미늄이 주종을 이루고 있는 응집제로 판단되었다. 그리고 PAC의 경우 monomeric Al (III) 종은 66.7%, polymeric Al (III)종은 28.8%, precipitate Al (III) 종은 4.5%로 나타나 고분자성 알루미늄을 함유하고 있는 알루미늄계 응집제임을 확인할 수 있었다.
- 14에 나타난 바와 같이 PAC 응집제의 경우 Alum에 비하여 응집제 주입량에 따라 비산소소비율(SOUR) 값이 높게 나타나 미생물 활성도에 대한 영향이 적게 미침을 알 수 있다. 그리고 반송률에 따른 비산소소비율(SOUR)은 반송률 25%와 50% 모두 응집제 주입량을 증가하여도 비슷한 비산소소비율(SOUR)을 유지하여 응집 침전된 슬러지의 반송에 대한 미생물 활성도에 대한 영향은 미미한 것으로 판단된다.
- 2) Alum과 PAC 응집제를 이용한 응집실험결과에서 응집제 주입량이 증가함에 따른 총인 제거는 향상되는 것으로 나타났으며 Alum에 비하여 PAC 응집제의 경우에서 비슷하거나 다소 나은 총인의 수질을 나타내었다. 그리고 응집제 주입량에 대한 pH 변화에서는 PAC 경우에서 Alum에 비하여 pH폭이 적게 나타났으며, 탁도개선 효과가 우수한 것으로 나타났다.
- 그리고 PAC는 Al2O3 함량은 10.5%이었고, 염기도는 39.2%를 함유하고 있었으며, monomeric Al (III)종은 66.7%, polymeric Al(III)종은 28.8%, precipitate Al (III)종은 4.5%로 나타나 고분자성 알루미늄을 함유하고 있는 것으로 나타났다.
- 7의 Alum 응집제를 사용한 경우에서도 응집제를 투입하지 않은 경우와 응집제를 투입한 경우에 있어 시간 경과에 따른 용존산소 소모가 빠르게 이루어지는 것으로 나타났다. 또한 응집제를 투입하지 않은 경우 보다 응집제를 투입한 경우에 있어 용존산소 소모가 느리게 이루어졌으며, 응집제 주입량 증가에 따른 용존산소 소모는 빠른 것으로 나타났다.
- 6의 PAC 응집제를 사용한 경우에서 나타난 바와 같이 응집제를 투입하지 않은 경우와 응집제를 투입한 경우에 있어 시간 경과에 따른 용존산소 소모는 급격히 이루어지는 것으로 나타났으며, 7분 이내에 용존산소 소모가 다 이루어지는 것으로 나타났다. 또한 응집제를 투입하지 않은 경우 보다 응집제를 투입한 경우에 있어 용존산소 소모가 빨리 이루어졌으며, 응집제 주입량 증가에 따라 용존산소 소모가 빠른 것으로 나타났다.
- 3은 Alum과 PAC 응집제를 이용한 응집제 주입량에 따른 응집실험결과를 나타낸 것으로, 응집제 주입량이 증가함에 따른 총인의 제거는 향상되는 것으로 나타났다. 응집제 주입량에 따른 총인의 제거는 응집제 주입량이 증가함에 따라 향상되는 것으로 나타났다. 그리고 Alum에 비하여 PAC 응집제의 경우에서 비슷하거나 다소 나은 총인의 수질을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
- 또한 응집제의 영향도 나타나지 않는 것으로 판단된다. 하지만, Alum 응집제를 사용한 경우에 있어서는 반송 25%에 있어서 응집제 주입에 따른 산소 소모가 빠르게 나타난 응집제에 대한 영향이 다소 발생됨을 알 수 있었으며, 50% 반송의 경우는 반송률의 증가에 따른 미생물의 농도가 증가됨에 따라 응집제의 영향은 25% 반송에 비해 줄어듦을 알 수가 있다.
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