강화된 수질기준 이하로 인을 제거하기 위해, 혐기조, 무산소조와 Bio-clod와 다공성 폴리우레탄 여재가 충진된 접촉 산화조로 구성된 생물학적 고도처리 공정을 대상으로 PAC (Poly aluminium chloride, 10.4% as $Al_2O_3$)적용 시 인제거의 효율을 검토하였다. 접촉산화조 유출수를 대상으로 Jar-test를 실시하여 최적 PAC 주입농도를 15 mg/L로 선정 후, 2차 침전조 전단에 PAC를 주입하여 응집 침전 후 상등수를 분석하였다. PAC 주입 후 BOD와 COD의 제거율의 경우 각각 96.1%와 88.8%로, 주입 전의 95.4%와 72.4%로 효과가 크지 않았으나, TP의 제거율은 97%로 주입 전의 71.6%에 비해 18.4% 향상됨을 알 수 있었다. 특히 SP 제거율은 응집제 주입 전 59.5%에서 주입 후 98.6%로 분석되어, PAC의 적용으로 SP 제거가 가능함을 알 수 있었다. 실험기간 동안의 유출수의 TP농도는 0.13 mg/L 이하로, 추가적인 총인처리시설 설치 없이도 수질기준 준수가 가능하였다.
강화된 수질기준 이하로 인을 제거하기 위해, 혐기조, 무산소조와 Bio-clod와 다공성 폴리우레탄 여재가 충진된 접촉 산화조로 구성된 생물학적 고도처리 공정을 대상으로 PAC (Poly aluminium chloride, 10.4% as $Al_2O_3$)적용 시 인제거의 효율을 검토하였다. 접촉산화조 유출수를 대상으로 Jar-test를 실시하여 최적 PAC 주입농도를 15 mg/L로 선정 후, 2차 침전조 전단에 PAC를 주입하여 응집 침전 후 상등수를 분석하였다. PAC 주입 후 BOD와 COD의 제거율의 경우 각각 96.1%와 88.8%로, 주입 전의 95.4%와 72.4%로 효과가 크지 않았으나, TP의 제거율은 97%로 주입 전의 71.6%에 비해 18.4% 향상됨을 알 수 있었다. 특히 SP 제거율은 응집제 주입 전 59.5%에서 주입 후 98.6%로 분석되어, PAC의 적용으로 SP 제거가 가능함을 알 수 있었다. 실험기간 동안의 유출수의 TP농도는 0.13 mg/L 이하로, 추가적인 총인처리시설 설치 없이도 수질기준 준수가 가능하였다.
To meet the reinforced discharge standards, effect of coagulant PAC (Poly aluminium chloride, 10.4% as $Al_2O_3$) on phosphorous removal in advanced wastewater treatment process (a modified $A^2$/O). 15 mg/L of PAC determined by jar-test was added to influent of settling basin ...
To meet the reinforced discharge standards, effect of coagulant PAC (Poly aluminium chloride, 10.4% as $Al_2O_3$) on phosphorous removal in advanced wastewater treatment process (a modified $A^2$/O). 15 mg/L of PAC determined by jar-test was added to influent of settling basin in a modified $A^2$/O consists of anaerobic, anoxic, and oxic chamber which contains Bio-clod and porous polyurethane media. Performance of PAC was tested by supernatant after settling. The removal efficiencies of BOD, COD, TP (total phosphorus) and SP (soluble phosphorus) on biological process with PAC were 96.1%, 88.8%, 97.0% and 98.6%, compared with those on biological process without PAC were 95.4%, 72.4%, 71.6% and 59.5% respectively. 18.4% of TP and 39.1% of SP removal efficiency was increased, although increase of BOD and COD removal rate was not significant. Only PAC addition to influent of settling basin in $A^2O$ process can help total phosphorus removal to 0.13 mg/L with following discharge standard.
To meet the reinforced discharge standards, effect of coagulant PAC (Poly aluminium chloride, 10.4% as $Al_2O_3$) on phosphorous removal in advanced wastewater treatment process (a modified $A^2$/O). 15 mg/L of PAC determined by jar-test was added to influent of settling basin in a modified $A^2$/O consists of anaerobic, anoxic, and oxic chamber which contains Bio-clod and porous polyurethane media. Performance of PAC was tested by supernatant after settling. The removal efficiencies of BOD, COD, TP (total phosphorus) and SP (soluble phosphorus) on biological process with PAC were 96.1%, 88.8%, 97.0% and 98.6%, compared with those on biological process without PAC were 95.4%, 72.4%, 71.6% and 59.5% respectively. 18.4% of TP and 39.1% of SP removal efficiency was increased, although increase of BOD and COD removal rate was not significant. Only PAC addition to influent of settling basin in $A^2O$ process can help total phosphorus removal to 0.13 mg/L with following discharge standard.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 A2/O의 2차 침전지 전단에 응집제를 주입하여 생물학적 처리에 영향을 미치지 않는 범위에서 인 제거 방안을 제안하고자, 적정 응집제 주입량과 최적 주입위치를 선정하고자 하였다.
본 연구는 생물학적 고도처리공정인 A2/O공정에서 추가적인 총인처리시설의 설치 없이, 응집제인 PAC를 2차 침전조 전단에 주입함으로써 기존의 하수처리장에서 사용되는 응집제의 주입량을 최소한으로 줄이고, 인 제거 효율을 증대시키고자 하였으며, 연구 결과는 다음과 같다.
제안 방법
그러므로 인 제거 효과와 경제성을 감안하여 침전조 전단에 응집제를 투입하였으며, 응집처리수의 TP농도가 0.2 mg/L 이하로 안정적으로 유지될 수 있도록 응집제의 적정주입농도를 15 mg/L으로 정하였다.
10과 Table 6에 나타내었다. 동일한 원수와 동일한 두 개의 실험 장치를 이용하여 PAC 주입 유무에 따른 반응조별 TP와 SP를 분석하였다.
반응기에 유입되는 유입수는 월 3회, 응집처리수는 주 3회 분석하였으며, 주요항목의 분석방법과 기기는 Table 2에 나타내었다.
본 연구에서는 경기도 G 하수처리장의 유입수를 대상으로 90일간은 생물학적 고도처리공정의 인 제거율을 보았고, 이어서 115일간은 PAC를 침전조 전단에 주입함으로써 인 제거율을 비교하였다.
본 연구에서는 무기 고분자 응집제의 주입 위치를 침전조 전단에 설정하여 생물학적 처리공정에서의 포기액이 포기조 유출관의 중간부위에서 응집제와 혼합 후 낙하하는 과정에서 응집을 통한 입자성 인 생성 및 침강성 플록 형성이유도되고, 침전조에서 응결된 플럭의 침전이 가능하여, 최종적으로 잉여 슬러지를 통해 수중 인 제거가 가능하도록 설계되어 별도의 침전시설이 필요하지 않았다. 황7)의 실험에서 침전조를 거친 상등수에 PAC를 30 mg/L주입하여 TP 농도를 0.
생물반응조의 내부순환율은 100%로 운전하였으며, 슬러지 반송율은 PAC를 주입하기 전에는 100%였으나 PAC를 주입한 후에는 침전조의 슬러지의 농축으로 인하여 20%로 조절하였고, 폐슬러지는 약 2% 내외로 운전하였다. 각 반응조의 크기와 용량은 Table 1에 요약되었다.
실험장치의 처리용량은 30 L/day였으며, 침전조 전단에 설치된 응집제 투입장치는 유체의 원활한 혼합과 흐름을 위해 응집제 주입관에서 수위차와 코일 형태의 이송관 내 회전력에 의해 혼합이 이루어지도록 하였으며, 응집제와 접촉포기조 유출수가 무동력으로 침전조에 유입되도록 하였다. 응집제는 미량의 정량펌프를 사용하여 유입수의 펌프가 작동될 때마다 연동으로 주입되도록 하였다.
응집실험은 Jar-tester (C-JT, chang shin scientific co., Korea)를 이용하였으며, 150 rpm에서 30초간 급속교반하고 50 rpm에서 10분간 완속교반 한 후 20분간 침전하여 진행되었으며, 침전 후 상징액을 분석하였다.
실험장치의 처리용량은 30 L/day였으며, 침전조 전단에 설치된 응집제 투입장치는 유체의 원활한 혼합과 흐름을 위해 응집제 주입관에서 수위차와 코일 형태의 이송관 내 회전력에 의해 혼합이 이루어지도록 하였으며, 응집제와 접촉포기조 유출수가 무동력으로 침전조에 유입되도록 하였다. 응집제는 미량의 정량펌프를 사용하여 유입수의 펌프가 작동될 때마다 연동으로 주입되도록 하였다. 분석항목 및 사용 기기는 Table 2와 같으며, 사용된 응집제는 최적응집 pH 범위가 넓고 수온의 영향을 적게 받는 액상 PAC (Poly Aluminium Chloride: [Al2(OH)nCl6-n]m)로 염기성 알루미늄 중합체로서 산화알루미늄(Al2O3)의 함량은 10.
대상 데이터
본 실험에서 사용된 반응조는 Fig. 1에서와 같이 혐기조, 무산소조, 접촉포기조, 침전조로 구성되어 처음 3개월 간은 응집제 주입 없이 운전하였고, 나머지 4개월간은 응집제를 연속주입하며 가동하였다. 접촉포기조에서는 미생물의 양과 활성도를 증대시키기 위해 시판 중인 바이오클로드(M25, Biomeca Inc.
1에서와 같이 혐기조, 무산소조, 접촉포기조, 침전조로 구성되어 처음 3개월 간은 응집제 주입 없이 운전하였고, 나머지 4개월간은 응집제를 연속주입하며 가동하였다. 접촉포기조에서는 미생물의 양과 활성도를 증대시키기 위해 시판 중인 바이오클로드(M25, Biomeca Inc., Korea)와 다공성 폴리우레탄 재질의 필터 (M-3, Ire Industry Inc., Korea)를 접촉여재로 사용하였다. 바이오클로드는 Fig.
성능/효과
1) 2010년 말 가동 중인 전국 470개소, 500 m3/일 처리규모의 공공하수처리시설 중 67%는 질소와 인 제거가 가능한 고도처리로 운영되고 있으며, A/O, A2/O 등의 생물학적 고도처리공법이 대부분이다.2)
1) Jar-test에 의해 설정된 적정응집제 주입량은 PAC 15 mg/L로 유출수의 TP농도를 I지역의 수질기준 0.2 mg/L 이하인 0.13 mg/L까지 감소시킬 수 있었다.
2) 생물학적 고도처리공정에서는 BOD 제거율이 95.4%이었으며, PAC을 주입한 후에는 96.1%를 나타냈다. COD 제거율은 응집제 주입 전 72.
3) TP 제거율은 PAC 주입 전 71.6%이었으나 주입 후에는 97%로 응집제의 인 제거 효과가 양호함을 알 수 있었으며, SP 제거율에서도 응집제 주입 전에는 59.5%에서 주입 후에는 98.6%로서 높은 제거효율을 나타냈다.
4) TN 평균 제거율은 응집제 주입 전 67.0%이었으나 주입 후에는 55.9%이었고, 유출수의 TN 농도는 12.5 mg/L를 나타냈다. TKN제거율의 경우 응집제 주입 전에는 80.
5) 별도의 혼화조 및 침전시설 없이 PAC 주입설비를 침전조 전단에 설치하는 것만으로도 유기물 및 인 제거가 가능함을 확인하였다.
1%로 나타나, 응집제 주입으로 제거율이 다소 증가한 결과를 보여주었다. COD 제거율은 PAC 주입전 평균 72.4%이었으나, PAC 주입 후에는 COD 제거율이 평균 88.8%로 PAC에 의한 COD 제거율 또한 향상되었으나, BOD 제거율에는 못 미치는 수준이었다. 이와 유사한 결과로, 최 등13)은 응집제를 포기조에 투입하였을 때 유기물 제거율이 양호하였음을 보였는데, 이처럼 BOD에 비해 COD의 제거율이 낮은 이유는 포기조내 MLSS가 증가하면서 미생물 대사산물도 증가하여 생물학적으로 분해가 어려운 유기물이 증가하였기 때문으로 해석하였다.
1%를 나타냈다. COD 제거율은 응집제 주입 전 72.4%이었으나 PAC 주입 후에는 88.8%로서 응집제 주입으로 유기물 제거율이 향상되었다.
Fig. 6에서 SP 평균 제거율 역시 응집제 주입 전에 59.5%이었고, 주입 후에는 98.6%로서 39.1%이상의 제거율 향상을 보여, 응집제의 인 제거 효과가 큰 것으로 나타났다. 이는 alum을 응집제로 사용한 연구에서 응집제 적용 전과 후의 TP 제거율이 58.
이는 추가적인 침전조와 여과설비를 필요로 하는 원인이 된다. PAC 20 mg/L 이상으로 주입하였을 때 상등수의 탁도 증가와 함께 총인 농도가 증가함을 알 수 있어, 응집제 과량 주입으로 인한 침전성 불량 문제가 발생할 가능성이 있음을 확인하였다.
PAC가 주입되지 않을 경우, 미생물의 인 방출과 반송슬러지의 인 유입으로 인해 혐기조에서 TP 및 SP가 증가하는 경향을 볼 수 있었으며, 무산소조와 접촉포기조를 거치면서 대부분의 입자성 인은 제거되나, SP 농도는 거의 변화가 없음을 알 수 있었다. 반면 PAC를 주입한 경우에는 반송슬러지의 인 유입이 상대적으로 크며, 이로 인해 무산소조 및 접촉포기조에서의 인 농도가 높게 유지되었으나, 응집과 침전과정을 거치면서 유출수의 TP와 SP 모두 낮은 농도까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
PAC를 투입하지 않은 기존 생물학적 처리공정에서의 평균 BOD 제거율은 95.4%이었으며, PAC를 주입한 후 평균 BOD 제거율은 96.1%로 나타나, 응집제 주입으로 제거율이 다소 증가한 결과를 보여주었다. COD 제거율은 PAC 주입전 평균 72.
8 mg/L로 분석되어, 응집제를 주입하더라고 본 반응조 조건에서는 질산화 저해작용은 없는 것으로 판단되었다. 그러나 탈질화 반응 정도를 의미하는 NO3-N 농도를 분석한 결과, 응집제 주입 전 유출수 평균 NO3-N이 4.4 mg/L인 반면 응집제 주입 후에는 8.1 mg/L로 높아진 것으로 나타나, 응집제 주입 후 반송슬러지내 잔류하는 응집제에 의해 탈질반응이 저해됨을 알 수 있었다. 응집 후 슬러지의 반송으로 인 제거에 유용한 응집 슬러지의 공급이 증가된 반면, 접촉포기조 내에 슬러지의 농축현상이 발생하면서 탈질을 위해 내부 반송되는 슬러지의 MLSS량이 상대적으로 감소하였기 때문으로 판단된다.
PAC가 주입되지 않을 경우, 미생물의 인 방출과 반송슬러지의 인 유입으로 인해 혐기조에서 TP 및 SP가 증가하는 경향을 볼 수 있었으며, 무산소조와 접촉포기조를 거치면서 대부분의 입자성 인은 제거되나, SP 농도는 거의 변화가 없음을 알 수 있었다. 반면 PAC를 주입한 경우에는 반송슬러지의 인 유입이 상대적으로 크며, 이로 인해 무산소조 및 접촉포기조에서의 인 농도가 높게 유지되었으나, 응집과 침전과정을 거치면서 유출수의 TP와 SP 모두 낮은 농도까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 특히 SP의 경우, PAC를 주입했을 경우에는 혐기조에서부터 감소하는 경향을 볼 수 있었는데, 이는 반송슬러지 내 잔류 응집제의 효과로 볼 수 있다.
생물학적 고도처리공정의 접촉포기조 유출수, 즉 침전조에 유입수의 TP 농도는 4.30 mg/L이었으며, 이 중 SP는 2.31 mg/L으로 분석되었다. pH 7.
생물학적 처리에 영향을 주지 않으면서 유출수의 인 농도를 낮게 유지하기 위하여, 침전조 유입부에 PAC를 주입한 결과, 평균 TP 제거율이 응집제 주입 전에는 71.6%이었으나 주입 후에는 평균 97%로 높은 제거율을 보여 응집제 주입 효과가 큰 것으로 나타났으며, 유출수의 평균 TP 농도는 0.13 mg/L로서 I 지역의 방류수의 TP 수질기준 0.2 mg/L이하를 만족시킬 수 있었다.
8에 비교하였다. 연구기간동안의 평균 TKN 제거율은 응집제 주입 전에는 80.9%이었으나 주입 후에는 84.9%로서 응집제 주입 후 제거율이 더 증가한 것으로 나타났다. 평균 NH3-N 제거율을 보면 응집제 주입 전에는 67.
응집제에 의한 TN 제거 영향을 알아보기 위해, 응집제 주입 전과 후의 TN 제거율을 분석한 결과, TN 평균 제거율은 응집제 주입 전 67.0%이었으나 주입 후에는 오히려 55.9%로 낮아졌는데, 이는 박14)의 연구에서 TN 제거율이 응집처리하지 않았을 때 66.9%의 제거율을 보이고 응집제를 주입 했을 때 63.2%로 낮은 제거율을 나타낸 경우와 유사하였으며 이때 유출수의 평균 TN농도는 12.5 mg/L였다(Fig. 7).
침전조 유입수를 대상으로 한 Jar-test 결과, 응집제량이 증가함에 따라, 탁도와 TP, SP 제거율이 꾸준히 증가함을 알 수 있었다. 황7)의 연구에서 보면, PAC 10 mg/L부터 인 제거율이 다소 증가하였고, 30 mg/L 이상의 주입율에서는 총인의 제거율이 증가하지 않았으므로 30 mg/L을 적정투입농도로 결정하였다.
9%로서 응집제 주입 후 제거율이 더 증가한 것으로 나타났다. 평균 NH3-N 제거율을 보면 응집제 주입 전에는 67.5%이었으나 주입 후에는 73.5%이었고, 응집제 주입 전과 후 유출수의 TKN 평균농도는 각각 4.1 mg/L, 3.8 mg/L로 분석되어, 응집제를 주입하더라고 본 반응조 조건에서는 질산화 저해작용은 없는 것으로 판단되었다. 그러나 탈질화 반응 정도를 의미하는 NO3-N 농도를 분석한 결과, 응집제 주입 전 유출수 평균 NO3-N이 4.
후속연구
그러나 제거대상물질이 최소화되어 약품투입량도 최소화될 것이라는 예상과 달리, 오히려 매질이 부족하여 제거대상물질 농도 대비 응집제의 과다투입이 요구되고,9) 응집 슬러지 여액 처리를 위해 불가피 하게 생물반응조 전단으로 유입시키는 경우, 상기에서 언급한 생물반응 저해 등을 초래할 수 있다. 또한, 별도의 후속 교반 및 침전 여과처리시설이 필요하여 넓은 설비부지와 높은 유지관리 비용이 요구된다.10)
본 연구조건에서 TN 제거에 대해 응집제의 영향은 있었으나, 수온과 TN 제거율은 Fig. 9와 같이 비례하는 경향을 보여, 동절기와 같이 수온이 저하되는 시기에 보온대책을 수립한다면, 탈질에 대한 응집제의 영향을 최소화할 수 있을 것으로 사료된다.
응집 후 슬러지의 반송으로 인 제거에 유용한 응집 슬러지의 공급이 증가된 반면, 접촉포기조 내에 슬러지의 농축현상이 발생하면서 탈질을 위해 내부 반송되는 슬러지의 MLSS량이 상대적으로 감소하였기 때문으로 판단된다. 이와 관련하여 탈질반응에 영향을 미치지 않는 적정 반송율에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
2차 침전지 후단에서의 응집제 투입은 어떤 장점이 있는가?
현재 다수의 처리장에서 적용되고 있는 2차 침전지 후단에서의 응집제 투입은 응집으로 발생되는 화학침전물을 별도의 침전지나 여과기를 설치하여 제거하므로 생물반응에 대한 영향이 적고, 인 제거공정에 문제 발생 시 원인규명이 비교적 용이하다는 장점이 있다. 그러나 제거대상물질이 최소화되어 약품투입량도 최소화될 것이라는 예상과 달리, 오히려 매질이 부족하여 제거대상물질 농도 대비 응집제의 과다투입이 요구되고,9) 응집 슬러지 여액 처리를 위해 불가피 하게 생물반응조 전단으로 유입시키는 경우, 상기에서 언급한 생물반응 저해 등을 초래할 수 있다.
생물학적 고도처리공정인 A2/O공정에서 추가적인 총인처리 시설의 설치 없이, 응집제인 PAC를 2차 침전조 전단에 주입한 연구의 결과는?
1) Jar-test에 의해 설정된 적정응집제 주입량은 PAC 15 mg/L로 유출수의 TP농도를 I지역의 수질기준 0.2 mg/L 이하인 0.13 mg/L까지 감소시킬 수 있었다.
2) 생물학적 고도처리공정에서는 BOD 제거율이 95.4%이었으며, PAC을 주입한 후에는 96.1%를 나타냈다. COD 제거율은 응집제 주입 전 72.4%이었으나 PAC 주입 후에는 88.8%로서 응집제 주입으로 유기물 제거율이 향상되었다.
3) TP 제거율은 PAC 주입 전 71.6%이었으나 주입 후에는 97%로 응집제의 인 제거 효과가 양호함을 알 수 있었으며, SP 제거율에서도 응집제 주입 전에는 59.5%에서 주입 후에는 98.6%로서 높은 제거효율을 나타냈다.
4) TN 평균 제거율은 응집제 주입 전 67.0%이었으나 주입 후에는 55.9%이었고, 유출수의 TN 농도는 12.5 mg/L를 나타냈다. TKN제거율의 경우 응집제 주입 전에는 80.9%이 었으나 주입 후에는 84.9%로 다소 증가된 반면, NO3-N 유출수 농도는 응집제 주입 후에 농도가 증가하여 질산화에 비해 탈질작용이 저해되었음을 알 수 있었으나, 적정 반송율 조정과 더불어 수온이 확보될 경우에는 영향이 최소화될 것으로 판단된다.
5) 별도의 혼화조 및 침전시설 없이 PAC 주입설비를 침전조 전단에 설치하는 것만으로도 유기물 및 인 제거가 가능함을 확인하였다.
1차침전지 전단에 응집제를 투입하는 것의 장점은?
응집제 투입은 투입지점에 따라서 크게 3가지로 요약될 수 있다. 1차침전지 전단에 투입하는 경우 침전된 인을 1차 침전지에서 1차 하수찌꺼기와 함께 제거할 수 있는 장점이 있는 반면, 불용성인과 함께 많은 유기물과 부유물질이 제거되어 하수찌꺼기 발생량이 증가한다. 또한 인 제거를 위해 과량의 응집제를 주입할 경우, 생물반응조에 필요한 인이나 알칼리도의 부족으로 질산화반응이 저해될 수 있다.
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