CSOs처리를 위한 응집침전시스템에서 슬러지 반송에 의한 고형물 처리효율평가 An Evaluation of Solid Removal Efficiency in Coagulation System for Treating Combined Sewer Overflows by Return Sludge원문보기
본 연구는 CSOs의 처리를 위해 개발된 응집침전시스템의 운전초기에 발생하는 침전슬러지를 응집반응조에 반송하였다. 슬러지 반송을 통해 생성되는 플록의 형성특성 및 침전특성을 분석하고, CSOs 유입초기의 고농도 입자성 물질이 가중응집제로 활용될 수 있는지 그 가능성을 평가하고자 하였다. 그 결과, CSOs는 유입초기 고농도의 오염물질을 포함하며, 특히 20 ${\mu}m$ 이상의 입자성 물질이 다량 유입되었다. 응집침전시스템을 통해 처리된 유출수는 고농도의 오염물질이 유입되는 시기에는 처리수질이 낮아졌으나, 이후 유입오염물질의 농도가 감소되는 시점에서는 처리수질이 증가하는 현상을 보였다. 슬러지반송 운전에서 생성되는 플록은 마이크로샌드를 주입한 플록에 비해 크기는 비슷하고, 침강속도는 55.1 cm/min에서 21.5 cm/min으로 감소하였다. 반송에 사용되는 침전조 하부에 축적된 슬러지의 SVI값은 72로 침강성이 양호하였으며, 침전된 슬러지가 압밀침전으로 인해 부피가 급격히 감소하는데 걸리는 시간은 10분 정도로 분석되었다. 반송슬러지는 인발 0.3%에 반송 0.1%의 조건에서 지속적인 슬러지 발생에 따른 침전과 인발의 균형이 형성되는 것으로 분석되었으며, 이때, 응집반응조의 평균 TS농도는 100~200 mg/L, VS농도는 50~100 mg/L 정도를 유지하도록 슬러지를 반송하는 것이 적절한 것으로 분석되었다. CSOs의 입자성물질을 함유한 슬러지의 반송은 유입수질의 변화에 대응하여 안정적인 처리수의 수질을 확보할 수 있고, 약품주입량의 감소와 함께 슬러지 발생량의 감소효과를 기대할 수 있다.
본 연구는 CSOs의 처리를 위해 개발된 응집침전시스템의 운전초기에 발생하는 침전슬러지를 응집반응조에 반송하였다. 슬러지 반송을 통해 생성되는 플록의 형성특성 및 침전특성을 분석하고, CSOs 유입초기의 고농도 입자성 물질이 가중응집제로 활용될 수 있는지 그 가능성을 평가하고자 하였다. 그 결과, CSOs는 유입초기 고농도의 오염물질을 포함하며, 특히 20 ${\mu}m$ 이상의 입자성 물질이 다량 유입되었다. 응집침전시스템을 통해 처리된 유출수는 고농도의 오염물질이 유입되는 시기에는 처리수질이 낮아졌으나, 이후 유입오염물질의 농도가 감소되는 시점에서는 처리수질이 증가하는 현상을 보였다. 슬러지반송 운전에서 생성되는 플록은 마이크로샌드를 주입한 플록에 비해 크기는 비슷하고, 침강속도는 55.1 cm/min에서 21.5 cm/min으로 감소하였다. 반송에 사용되는 침전조 하부에 축적된 슬러지의 SVI값은 72로 침강성이 양호하였으며, 침전된 슬러지가 압밀침전으로 인해 부피가 급격히 감소하는데 걸리는 시간은 10분 정도로 분석되었다. 반송슬러지는 인발 0.3%에 반송 0.1%의 조건에서 지속적인 슬러지 발생에 따른 침전과 인발의 균형이 형성되는 것으로 분석되었으며, 이때, 응집반응조의 평균 TS농도는 100~200 mg/L, VS농도는 50~100 mg/L 정도를 유지하도록 슬러지를 반송하는 것이 적절한 것으로 분석되었다. CSOs의 입자성물질을 함유한 슬러지의 반송은 유입수질의 변화에 대응하여 안정적인 처리수의 수질을 확보할 수 있고, 약품주입량의 감소와 함께 슬러지 발생량의 감소효과를 기대할 수 있다.
In this study, the sludge that occurs in the initial operation of coagulation system developed for the treatment of CSOs were returned to the flocculation reactor. The purposes of this study were to analyze the Characteristics of flocs that are generated through the recycling sludge and settling cha...
In this study, the sludge that occurs in the initial operation of coagulation system developed for the treatment of CSOs were returned to the flocculation reactor. The purposes of this study were to analyze the Characteristics of flocs that are generated through the recycling sludge and settling characteristics of sludge, and to evaluate the possibility that high concentrations of particulate matter in the initial inflow of CSOs could be used as an weighted coagulant additive. As a result, the concentration of treated CSOs pollutants at the beginning of the CSOs influent with a large amount of particulate matter over 20 ${\mu}m$ was low, after gradually increasing the concentrations of them. The flocs generated from the sludge return were similar in size compared to flocs generated through injection of micro sands, and settling velocity in case of return sludge injection was decreased from 55.1 cm/min to 21.5 cm/min. SVI value of the sludge accumulated at the bottom of the sedimentation tank was 72, and settled sludge volume decreased rapidly due to the consolidation of sludge to the time it takes to 10 minutes. these mean that sludge used for recycling has good settling characteristic. A condition of returned sludge which is 0.1% return of 0.3% extraction was formed in the balance of settlement and extraction. In this case, This condition was to be adequate to maintain the proper concentration such as 100~200 mg/L of TS and 50~100 mg/L of VS in the flocculation reactor. The usage of the return sludge containing particulate matters of CSOs as an weighted coagulant additive was able to secure a stable treated water quality despite the change of influent water quality dynamically. Furthermore, it can be expected to reduce the alum dosage along with the sludge production.
In this study, the sludge that occurs in the initial operation of coagulation system developed for the treatment of CSOs were returned to the flocculation reactor. The purposes of this study were to analyze the Characteristics of flocs that are generated through the recycling sludge and settling characteristics of sludge, and to evaluate the possibility that high concentrations of particulate matter in the initial inflow of CSOs could be used as an weighted coagulant additive. As a result, the concentration of treated CSOs pollutants at the beginning of the CSOs influent with a large amount of particulate matter over 20 ${\mu}m$ was low, after gradually increasing the concentrations of them. The flocs generated from the sludge return were similar in size compared to flocs generated through injection of micro sands, and settling velocity in case of return sludge injection was decreased from 55.1 cm/min to 21.5 cm/min. SVI value of the sludge accumulated at the bottom of the sedimentation tank was 72, and settled sludge volume decreased rapidly due to the consolidation of sludge to the time it takes to 10 minutes. these mean that sludge used for recycling has good settling characteristic. A condition of returned sludge which is 0.1% return of 0.3% extraction was formed in the balance of settlement and extraction. In this case, This condition was to be adequate to maintain the proper concentration such as 100~200 mg/L of TS and 50~100 mg/L of VS in the flocculation reactor. The usage of the return sludge containing particulate matters of CSOs as an weighted coagulant additive was able to secure a stable treated water quality despite the change of influent water quality dynamically. Furthermore, it can be expected to reduce the alum dosage along with the sludge production.
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문제 정의
따라서 본 시스템에서의 적정 슬러지의 침전시간은 저농도의 슬러지가 부피변화를 급격히 일으키는 변곡점인 10분 정도가 적당할 것으로 사료된다. 본 시스템의 침전조 내 수리학적 체류 시간은 15분으로써, 발생되는 슬러지의 침전 및 압밀에 소요되는 시간이 10분 정도인 점을 감안하면, 시스템의 설계가 적정함을 의미하는 바이다.
본 연구는 CSOs의 처리를 목적으로 개발된 응집침전시스템을 활용하여 운전 중에 발생하는 침전슬러지를 반송하고, 반송슬러지에 의한 처리효율을 평가하는데 그 목적이 있다. CSOs처리를 통해 생성된 슬러지의 반송을 통해 생성되는 플록의 형성특성 및 침전특성을 분석하고, 반송슬러지를 가중응집제로서 활용성을 평가하고자 응집침전시스템의 처리 효율을 검토하였다.
본 연구에서는 가중응집제로서 마이크로샌드를 사용하고, 연속적으로 발생되는 슬러지를 반송하여 처리효율을 높인 고효율 응집침전시스템을 활용하여 입자성물질이 많이 유입되는 CSOs를 처리하고, 발생된 슬러지를 반송하여 그 효과를 분석하고자 한다. 세부적으로는 슬러지 반송을 통한 시설 내부 플록의 형성특성 및 침전특성을 분석하고, 응집 슬러지의 입자성 물질이 가중응집제인 마이크로샌드 대용으로 활용할 수 있는지 처리효율을 검토하여 그 가능성을 평가하고자 한다.
응집제와 가중응집제 등의 주입을 통해 침전효율이 향상된 슬러지는 적은 부피에 높은 슬러지농도를 함유하고 있다. 본 연구에서는 응집침전시스템 내 슬러지 인발 및 반송이 없을 시에 침전되는 슬러지의 SVI 및 SSV를 측정하였다. 측정된 슬러지는 Fig.
본 연구에서는 가중응집제로서 마이크로샌드를 사용하고, 연속적으로 발생되는 슬러지를 반송하여 처리효율을 높인 고효율 응집침전시스템을 활용하여 입자성물질이 많이 유입되는 CSOs를 처리하고, 발생된 슬러지를 반송하여 그 효과를 분석하고자 한다. 세부적으로는 슬러지 반송을 통한 시설 내부 플록의 형성특성 및 침전특성을 분석하고, 응집 슬러지의 입자성 물질이 가중응집제인 마이크로샌드 대용으로 활용할 수 있는지 처리효율을 검토하여 그 가능성을 평가하고자 한다.
슬러지의 연속적인 인발과 반송으로 인하여 응집반응조에 재주입되는 슬러지의 농도변화가 예상되는 바, 응집반응조에서 적정으로 유지해야 하는 슬러지 농도를 밝히고자 하였다. Fig.
가설 설정
a)Mesh size is different each other; 2 mm and 1 mm, respectively.
제안 방법
CSOs를 대상으로 응집침전시스템의 운전을 통해 응집제 주입조건의 변화, 특히 가중응집제로서 마이크로샌드를 대신하여 반송된 침전슬러지의 활용성 여부를 판단하기 위하여 각 조건에 따라 생성되는 플록의 크기 및 침강특성을 분석하고자 10 × 3 × 100 cm 크기의 직사각형 투명 아크릴재질의 침전통(settling column)을 제작하였다.
본 연구는 CSOs의 처리를 목적으로 개발된 응집침전시스템을 활용하여 운전 중에 발생하는 침전슬러지를 반송하고, 반송슬러지에 의한 처리효율을 평가하는데 그 목적이 있다. CSOs처리를 통해 생성된 슬러지의 반송을 통해 생성되는 플록의 형성특성 및 침전특성을 분석하고, 반송슬러지를 가중응집제로서 활용성을 평가하고자 응집침전시스템의 처리 효율을 검토하였다.
운전조건은 약품주입에 의한 물리화학적 처리공정임을 감안하여 운전시작 초기 1~2시간 동안 시스템을 안정화 시킨 후에 유입수와 유출수를 모니터링 하였다. pH, 탁도, CODcr, SS, 총질소, 총인 등의 항목에 대하여 수질분석을 실시하였으며, 침전슬러지에 대해서는 TS, VS 및 슬러지 Volume을 측정하였다. pH 측정은 pH meter (Thermo Orion model 420 A+)를 사용하였으며, 탁도의 측정은 Turbidimeter (2100P, HACH Co.
가중응집제로서 마이크로샌드와 CSOs 침전슬러지의 효율비교를 위해 먼저, 동일한 alum과 폴리머주입량에 가중응집제로 마이크로샌드 20 mg/L를 주입하였을 때와 침전슬러지를 반송하였을 때의 수질항목별 유입원수 대비 유출수의 처리효율을 비교하였다. 각 조건에 따른 효율검토 후에 응집제인 alum의 주입량을 변화시켜가며 가중응집제에 따른 효율을 분석하여 슬러지반송을 통한 CSOs의 처리효율 및 가중응집제로서의 활용 가능성에 대하여 검토하였다.
가중응집제로서 마이크로샌드와 CSOs 침전슬러지의 효율비교를 위해 먼저, 동일한 alum과 폴리머주입량에 가중응집제로 마이크로샌드 20 mg/L를 주입하였을 때와 침전슬러지를 반송하였을 때의 수질항목별 유입원수 대비 유출수의 처리효율을 비교하였다. 각 조건에 따른 효율검토 후에 응집제인 alum의 주입량을 변화시켜가며 가중응집제에 따른 효율을 분석하여 슬러지반송을 통한 CSOs의 처리효율 및 가중응집제로서의 활용 가능성에 대하여 검토하였다.
연구기간 중 발생한 총 7회의 강우사상에 의해 발생된 하수처리장의 CSOs의 모터터링 결과는 Table 2에 정리하였다. 강우량 8.5~121.0 mm, 평균 강우강도 1.6~16.0 mm/h의 비교적 다양한 규모의 강우에 따라 발생된 CSOs를 모니터링하였다.
강우유출수 유입초기 CSOs내에 입자성물질을 다수 포함하고 있는 결과를 바탕으로 가중응집제인 마이크로샌드의 주입 대신에 초기 침전슬러지를 반송시키는 방안을 검토하였다. 이를 위해서는 생성되는 플록의 침전특성에 대한 고려가 필요하며, 응집침전시스템의 표면부하율과의 관계도 검토할 필요가 있다.
이를 위해서는 생성되는 플록의 침전특성에 대한 고려가 필요하며, 응집침전시스템의 표면부하율과의 관계도 검토할 필요가 있다. 따라서 가중응집제 변화에 따라 생성되는 플록의 특성검토를 수행하였다.
응집침전시스템을 통해 처리된 유출수는 고농도의 오염물질이 유입되는 시기에는 처리수질이 낮아졌으나, 이후 유입오염물질의 농도가 감소되는 시점에서는 처리수질이 증가하는 현상을 보였다. 따라서 반송슬러지의 주입은 유입수의 오염농도가 감소되는 시점을 시작으로 운전하였다.
SVI는 혼합액 1 L를 30분간 침강시킨 후 1 g 의 MLSS가 슬러지화 된 부피를 말하는 것으로 일반적으로 MLSS는 표기하지 않으며, SVI가 50~150의 범위일 때 침전성이 양호한 것으로 판단한다. 또한 시간에 따른 슬러지 volume의 변화에 대한 측정을 통해, 슬러지의 침전성 및 압밀성에 대해 검토하였다.
적정한 슬러지 반송에 대한 기준마련을 위해 두 가지 측면을 고려하였다. 먼저, 유입유량 대비 반송량의 적정비율을 찾고자 하였고, 이를 통해 반송슬러지가 재주입되는 응집반응조 내의 적정 슬러지 농도를 검토하였다.
응집침전시스템의 연속적인 운전 하에서 적정 슬러지 반송량을 도출하기 위해서는 발생되는 슬러지양과 처분되는 슬러지양 그리고 반송되는 슬러지양 간의 균형이 필요하다. 본 연구에서는 슬러지 인발, 반송 및 처분비율은 유입유량 대비로 산출하였으며, 실험을 위한 운전조건 및 결과는 다음 Table 5와 같다.
슬러지 반송에 따른 응집침전시스템 내부의 슬러지의 농도분포를 알아보기 위해 채수지점 중에서 ①, ②와 ⑤번 지점에서의 TS, VS농도 결과를 사용하여 분석하였다. Fig.
실증규모의 응집침전시스템의 초기운전은 실험실 규모에서 도출한 최적 약품주입량을 주입하였으며, 그 값은 Table 1과 같이 Alum 100 mg/L, 폴리머 1 mg/L, 마이크로샌드 (100~130 µm의 구형 모래입자) 20 mg/L를 주입하여 운전하였다.
실험에 앞서 CSOs처리를 위해 사용된 고효율의 급속응집 침전시스템은 선행연구11)를 통해 진행된 Jar-test와 실험실규모 실험결과 및 CFD모사를 통해 실험실규모 장치와 비슷한 수리학적 특성을 갖도록 실증규모로 개발하였으며, 그 구조 및 구성은 Fig. 1과 같다.
본 연구에서 사용된 원수는 강우시 충청북도 청주시 환경사업소에 유입되는 합류식 하수관거 월류수를 이용하였으며, 2010년 8월부터 10월까지 모니터링 및 수질분석 실험을 실시하였다. 운전조건은 약품주입에 의한 물리화학적 처리공정임을 감안하여 운전시작 초기 1~2시간 동안 시스템을 안정화 시킨 후에 유입수와 유출수를 모니터링 하였다. pH, 탁도, CODcr, SS, 총질소, 총인 등의 항목에 대하여 수질분석을 실시하였으며, 침전슬러지에 대해서는 TS, VS 및 슬러지 Volume을 측정하였다.
CODcr 은 Standard methods의 closed reflux법으로 측정하였으며, 나머지 수질항목들에 대해서도 Standard methods에 준하여 측정하였다. 원수 및 유출수의 입자 크기 및 개수는 Particle counter를 사용하여 계측하였다.
/day이며, 유입수 유입부 부터 인라인믹서, 응집반응조 및 경사관침전조로 구성되어 있다. 인라인 믹서에서는 수리학력으로 1초 이내의 빠른 혼화속도 갖도록 설계하였으며, 응집반응조에서는 교반강도 80 sec-1에서 체류시간 5분을, 침전조에는 체류시간 10~15분으로 전체 시스템 내에서 15~20분 내에 CSOs를 처리할 수 있도록 구성하였다. 경사관 침전조에서의 표면부하율은 0.
침전슬러지의 반송을 통한 응집침전시스템 내부의 슬러지 농도분포 및 슬러지반송 조건에 따른 슬러지의 TS 및 VS 의 변화를 분석하기 위하여, Fig. 2와 같이 시스템에 5개의 채수지점을 선정하여 슬러지를 추출하여 실험을 진행하였다. 적정한 슬러지 반송에 대한 기준마련을 위해 두 가지 측면을 고려하였다.
066 m/분이며, 침전조 내부의 수류의 안정화를 위해 응집 반응조와 연결수로에 배플을 설치하였다. 침전조 유출부 경사관은 관내 레이놀드 수와 플루이드 수를 고려하여 처리 수가 안정적으로 유출될 수 있도록 하였다.
CSOs를 대상으로 응집침전시스템의 운전을 통해 응집제 주입조건의 변화, 특히 가중응집제로서 마이크로샌드를 대신하여 반송된 침전슬러지의 활용성 여부를 판단하기 위하여 각 조건에 따라 생성되는 플록의 크기 및 침강특성을 분석하고자 10 × 3 × 100 cm 크기의 직사각형 투명 아크릴재질의 침전통(settling column)을 제작하였다. 침전통의 뒷면에는 0.1 mm, 0.2 mm의 격자눈금을 기입하여 주입된 플록입자의 크기 및 침강속도를 가늠하고, 본 처리시스템의 표면부하율과 비교하여 적정성을 검토하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 응집침전시스템은 응집반응조와 침전조 일체형으로 실제 슬러지의 침전과 압밀작용이 발생되는 침전부는 ①지점과 ②지점이다. 이 지점에서의 SVI값은 200이하로 적은 부피에 고농도의 침강성이 양호한 슬러지가 생성되고 있다.
본 연구에서 사용된 원수는 강우시 충청북도 청주시 환경사업소에 유입되는 합류식 하수관거 월류수를 이용하였으며, 2010년 8월부터 10월까지 모니터링 및 수질분석 실험을 실시하였다. 운전조건은 약품주입에 의한 물리화학적 처리공정임을 감안하여 운전시작 초기 1~2시간 동안 시스템을 안정화 시킨 후에 유입수와 유출수를 모니터링 하였다.
시설의 설계용량은 최대 100 m3/day이며, 유입수 유입부 부터 인라인믹서, 응집반응조 및 경사관침전조로 구성되어 있다. 인라인 믹서에서는 수리학력으로 1초 이내의 빠른 혼화속도 갖도록 설계하였으며, 응집반응조에서는 교반강도 80 sec-1에서 체류시간 5분을, 침전조에는 체류시간 10~15분으로 전체 시스템 내에서 15~20분 내에 CSOs를 처리할 수 있도록 구성하였다.
응집제는 Alum(황산알루미늄(17% Al2O3))을 고분자응집제인 폴리머는 anion계열 A-101을 가중응집제로는 마이크로샌드(평균 100 µm의 입경분포)를 기본적으로 사용하였으며, 이들을 주입하기 위한 약품탱크와 정량펌프가 각 3조씩 설치되어 있다.
이론/모형
)를 사용하여 측정하였다. CODcr 은 Standard methods의 closed reflux법으로 측정하였으며, 나머지 수질항목들에 대해서도 Standard methods에 준하여 측정하였다. 원수 및 유출수의 입자 크기 및 개수는 Particle counter를 사용하여 계측하였다.
슬러지의 침전특성을 판단하는 인자로 본 연구에서는 SVI (Sludge Volume Index)와 SSV (Settled Sludge Volume)을 이용하였다. SVI는 혼합액 1 L를 30분간 침강시킨 후 1 g 의 MLSS가 슬러지화 된 부피를 말하는 것으로 일반적으로 MLSS는 표기하지 않으며, SVI가 50~150의 범위일 때 침전성이 양호한 것으로 판단한다.
성능/효과
이러한 합류식 하수관거 월류수(Combined Sewer Overflows, CSOs)는 다량의 입자성물질과 유기물질을 포함하며, 입자성물질은 유기물질과 영양염류 특히, 인과 유입 상관관계가 높은 것으로 알려져 있다.2,3) 또한, 입자성 물질은 방류수역의 탁수를 유발할 뿐만 아니라 앞선 연구에서와 같이 입자성 물질에 흡착되어 강우유출수 발생시에 함께 유출되는 특성을 보이는 중금속물질의 오염을 증가시킬 수 있다.4,5)
9에 나타냈다. Alum 100 mg/L에 마이크로샌드를 주입하여 처리한 결과와 비교하여, 반송슬러지를 주입하고 Alum을 70 mg/L, 40 mg/L로 감소시켜 처리한 결과는 크게 CODcr, BOD5 및 TN항목에서 크게 차이를 보였다. 반송슬러지를 가중응집제로 활용하는 경우에 CODcr, BOD5 및 SS의 처리효율이 73.
CSOs를 대상원수로 슬러지반송을 통해 생성되는 플록은 마이크로샌드를 주입한 플록에 비해 크기는 비슷하고, 침강 속도는 55.1 cm/min에서 21.5 cm/min으로 감소하였다. 그러나 침전조 표면부하율 이상의 침강속도를 확보하고 있어 마이크로샌드를 대신하여 활용할 수 있을 것으로 판단하였다.
슬러지의 연속적인 인발과 반송으로 인하여 응집반응조에 재주입되는 슬러지의 농도변화가 예상되는 바, 응집반응조에서 적정으로 유지해야 하는 슬러지 농도를 밝히고자 하였다. Fig. 8의 결과와 같이 SS의 처리효율과 응집반응조 내 TS와 VS농도의 상관성을 분석한 결과, TS농도는 100~200 mg/L 범위에서 최적의 처리효율을 보였으며, VS농도는 50~100 mg/L의 범위로 응집반응조가 운전될 때 최적 처리효율을 보이는 것으로 분석되었다.
8%로 크게 감소하였다. 따라서 반송슬러지의 주입은 CSOs의 처리 측면에서 TN을 제외한 나머지 수질항목들에 대해 비슷하거나 더 양호한 처리효율을 보였으며, Alum의 주입량을 70 mg/L에서 40 mg/L로 줄이더라도 안정적인 제거효율을 얻을 수 있었다.
그러나 고농도의 슬러지가 침전되는 본 시스템에서는 슬러지의 변화폭이 적으며, 특히 침전부인 ①과 ②에서는 부피의 변화가 20% 이내에서 이루어지고 있다. 따라서 본 시스템에서의 적정 슬러지의 침전시간은 저농도의 슬러지가 부피변화를 급격히 일으키는 변곡점인 10분 정도가 적당할 것으로 사료된다. 본 시스템의 침전조 내 수리학적 체류 시간은 15분으로써, 발생되는 슬러지의 침전 및 압밀에 소요되는 시간이 10분 정도인 점을 감안하면, 시스템의 설계가 적정함을 의미하는 바이다.
응집침전시스템을 통해 CSOs의 오염물질의 제거효율을 산정한 결과, 반송슬러지 주입조건에서 TN항목을 제외한 다른 오염물질들은 마이크로샌드 주입조건에서의 처리결과보다 제거효율이 높았다. 또한 응집제인 Alum의 주입량을 70 mg/L에서 40 mg/L로 줄이더라도 안정적인 제거효율을 얻을 수 있었다.
반송슬러지는 인발 0.3%에 반송 0.1%의 조건에서 지속적인 슬러지 발생에 따른 침전과 인발의 균형이 형성되는 것으로 분석되었으며, 이때, 응집반응조의 평균 TS농도는 100~200 mg/L, VS농도는 50~100 mg/L 정도를 유지하도록 슬러지를 반송하는 것이 적절한 것으로 분석되었다.
Alum 100 mg/L에 마이크로샌드를 주입하여 처리한 결과와 비교하여, 반송슬러지를 주입하고 Alum을 70 mg/L, 40 mg/L로 감소시켜 처리한 결과는 크게 CODcr, BOD5 및 TN항목에서 크게 차이를 보였다. 반송슬러지를 가중응집제로 활용하는 경우에 CODcr, BOD5 및 SS의 처리효율이 73.4%에서 Alum 70 mg/L 주입시 93.6%, 40 mg/L 주입시 92.3%로 크게 증가하였고, 반대로 TN의 처리효율은 처리효율이 61.5%에서 Alum 70 mg/L 주입시 25.9%, 40 mg/L 주입시 21.8%로 크게 감소하였다. 따라서 반송슬러지의 주입은 CSOs의 처리 측면에서 TN을 제외한 나머지 수질항목들에 대해 비슷하거나 더 양호한 처리효율을 보였으며, Alum의 주입량을 70 mg/L에서 40 mg/L로 줄이더라도 안정적인 제거효율을 얻을 수 있었다.
침전슬러지의 SVI 및 슬러지부피에 대한 특성분석 결과, 반송에 사용되는 침전조 하부에 축적된 슬러지의 SVI값은 72로 침강성이 양호하였으며, 침전된 슬러지가 압밀침전으로 인해 부피가 급격히 감소하는데 걸리는 시간은 10분 정도로 분석되었다. 비록 본 실험에 사용된 응집침전시스템은 구조상 기존의 시설과 침전조의 형태적인 차이가 존재하지만 슬러지의 조성 및 압밀침전에 충분한 체류시간과 침전시간을 제공하는 것으로 분석되었다.
5 cm/min 정도의 속도를 가지는 것으로 관측되었다. 비록 플록의 침강성에서는 마이크로샌드를 가중응집제로 사용하는 것이 효율적이라고는 하지만, 본 응집침전시스템의 경사관 침전조 표면부하율이 6.6 cm/min임을 감안할 때, 침전슬러지를 가중응집제로 활용하는 것도 가능할 것으로 판단하였다.
7 NTU로 계측되었다. 수질항목들 중에서 입자성물질인 탁도와 SS는 강우강도가 클수록 높은 유입농도를 보였고, 반대로 강우지속 시간과는 지속시간이 짧을수록 탁도와 SS는 높은 농도를 보였으며, BOD5와 CODcr, 총인 역시 강우지속시간과 음의 상관성을 보였다. 이는 강우시 발생되는 CSOs의 유입수질의 변화는 강우사상의 특성에 따라 변화될 수 있음을 의미한다.
위 결과에 따라 도출된 조건들을 통해 강우초기에 침전된 슬러지는 탁도를 기준으로 유입수질이 감소되는 시점부터 반송하기 시작하였다. 가중응집제로서 슬러지를 반송하여 CSOs를 처리한 결과와 마이크로샌드를 가중응집제로 주입한 결과를 비교한 결과를 Fig.
응집침전시스템을 통해 CSOs의 오염물질의 제거효율을 산정한 결과, 반송슬러지 주입조건에서 TN항목을 제외한 다른 오염물질들은 마이크로샌드 주입조건에서의 처리결과보다 제거효율이 높았다. 또한 응집제인 Alum의 주입량을 70 mg/L에서 40 mg/L로 줄이더라도 안정적인 제거효율을 얻을 수 있었다.
CSOs는 유입초기 고농도의 오염물질을 포함하며, 특히, 20µm 이상의 입자성 물질이 다량 유입된다. 응집침전시스템을 통해 처리된 유출수는 고농도의 오염물질이 유입되는 시기에는 처리수질이 낮아졌으나, 이후 유입오염물질의 농도가 감소되는 시점에서는 처리수질이 증가하는 현상을 보였다. 따라서 반송슬러지의 주입은 유입수의 오염농도가 감소되는 시점을 시작으로 운전하였다.
1 cm/min로써, 혼화와 응집작용에 의해 생성되는 플록에 질량이 큰 마이크로샌드가 같이 응집되어 침강속도를 급속하게 증가시키는 특성을 보인다. 침전슬러지를 반송하여 생성되는 플록의 크기는 마이크로샌드를 주입했을 때 생성되는 플록과 비슷한 크기를 가지고 있으나, CSOs내 입자의 크기 및 밀도가 마이크로샌드와 비교해 상대적으로 작기 때문에 침강속도가 21.5 cm/min 정도의 속도를 가지는 것으로 관측되었다. 비록 플록의 침강성에서는 마이크로샌드를 가중응집제로 사용하는 것이 효율적이라고는 하지만, 본 응집침전시스템의 경사관 침전조 표면부하율이 6.
침전슬러지의 SVI 및 슬러지부피에 대한 특성분석 결과, 반송에 사용되는 침전조 하부에 축적된 슬러지의 SVI값은 72로 침강성이 양호하였으며, 침전된 슬러지가 압밀침전으로 인해 부피가 급격히 감소하는데 걸리는 시간은 10분 정도로 분석되었다. 비록 본 실험에 사용된 응집침전시스템은 구조상 기존의 시설과 침전조의 형태적인 차이가 존재하지만 슬러지의 조성 및 압밀침전에 충분한 체류시간과 침전시간을 제공하는 것으로 분석되었다.
특히 Fig. 4와 같이 CSOs내 입자성 물질은 강우초기 총 입자의 수가 증가하다 시간의 경과에 따라 그 수가 감소하는 특성을 보이며, 본 연구에서는 대상원수의 위치 특성상 초기유출에 의해 입자의 입도분포가 크게 변화하는 입자의 크기는 20 µm임을 감안하여 입자분석 결과를 구분하였다.
항목별 유입평균 유량가중농도(Event mean concentrations, EMCs)는 SS가 57.9~403.7 mg/L, BOD5가 41.2~120.7 mg/L, CODcr이 73.7~352.0 mg/L, 총질소가 16.5~2.5 mg/L, 총인이 0.8~2.4 mg/L, 그리고 평균 탁도는 62.1~416.7 NTU로 계측되었다. 수질항목들 중에서 입자성물질인 탁도와 SS는 강우강도가 클수록 높은 유입농도를 보였고, 반대로 강우지속 시간과는 지속시간이 짧을수록 탁도와 SS는 높은 농도를 보였으며, BOD5와 CODcr, 총인 역시 강우지속시간과 음의 상관성을 보였다.
후속연구
5 cm/min으로 감소하였다. 그러나 침전조 표면부하율 이상의 침강속도를 확보하고 있어 마이크로샌드를 대신하여 활용할 수 있을 것으로 판단하였다.
본 연구에서는 반송슬러지의 가중응집제로의 활용은 추가적인 가중응집제의 미사용으로 인한 슬러지 발생량의 감소와 함께 약품주입량의 감소효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 추후, 다양한 강우사상에 대하여 연속운전 및 처리효율과 유입수 내의 입자크기와의 상관관계 분석을 통해 장기적인 적정 운전조건 도출 및 효율평가가 필요할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 반송슬러지의 가중응집제로의 활용은 추가적인 가중응집제의 미사용으로 인한 슬러지 발생량의 감소와 함께 약품주입량의 감소효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다. 추후, 다양한 강우사상에 대하여 연속운전 및 처리효율과 유입수 내의 입자크기와의 상관관계 분석을 통해 장기적인 적정 운전조건 도출 및 효율평가가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
강우시 발생되는 CSOs의 신속한 처리를 위해 국외에서는 어떤 조치를 취하고 있는가?
국외에서는 이미 강우시 발생되는 CSOs의 신속한 처리를 위하여 응집, 혼화 및 침전특성을 이용한 시설이 도입되어 CSOs처리에 이용되고 있으며, 대표적인 시설은 ACTIFLO 와 DENSADEG를 예로 들 수 있다.6,7) 국내에서는 CSOs의 처리를 위한 시설로 응집, 침전공정을 도입한 URC (Ultra Rapid Coagulation)8), 응집공정에 Vortex separator9)나, Swirl 조10) 등 물리적 처리공정을 결합하여 CSOs를 처리하는 연구가 진행되었으며, CSOs내 인제거를 위해 초고속 응집침전시스템을 개발하고 있다11).
합류식 하수관거 월류수에 포함된 다량의 입자성 물질이 일으키는 문제는 무엇인가?
이러한 합류식 하수관거 월류수(Combined Sewer Overflows, CSOs)는 다량의 입자성물질과 유기물질을 포함하며, 입자성물질은 유기물질과 영양염류 특히, 인과 유입 상관관계가 높은 것으로 알려져 있다.2,3) 또한, 입자성 물질은 방류수역의 탁수를 유발할 뿐만 아니라 앞선 연구에서와 같이 입자성 물질에 흡착되어 강우유출수 발생시에 함께 유출되는 특성을 보이는 중금속물질의 오염을 증가시킬 수 있다.4,5)
ACTIFLO에 Hydrocyclone을 추가 설치하는 이유는?
ACTIFLO는 100~130 µm의 Micro-sand를, URC는 다양한 종류의 응집보조제를 사용하여 처리효율을 높이고 있다. 그러나 ACTIFLO는 배출슬러지 감소 및 발생 슬러지 내 가중응집제의 투입비 절감을 목적으로 Hydrocyclone을 추가 설치해 마이크로샌드를 재활용하고 있으며, URC의 경우도 배출슬러지 감소 및 처리효율 증대를 위하여 슬러지를 반송하는 등 발생슬러지의 관리를 위한 노력을 기울이고 있다.
참고문헌 (11)
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