[논문]생활하수내 인 제거를 위한 화학적 침전의 최적화

이선경; 박문식; 연승재; 박동희

doi:10.11001/jksww.2016.30.6.663

생활하수내 인 제거를 위한 화학적 침전의 최적화
Optimization of chemical precipitation for phosphate removal from domestic wastewater 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.30 no.6, 2016년, pp.663 - 671

이선경 (연세대학교 환경공학과) , 박문식 (연세대학교 환경공학과) , 연승재 (연세대학교 환경공학과) , 박동희 (연세대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Coagulation/precipitation process has been widely used for the removal of phosphate within domestic wastewater. Although Fe and Al are typical coagulants used for phosphate removal, these have some shortages such as color problem and low sedimentation velocity. In this study, both Fe and Al were used to overcome the shortages caused by using single one, and anionic polymer coagulant was additionally used to enhance sedimentation velocity of the precipitate formed. Batch experiments using a jar test were conducted with real wastewater, which was an effluent of the second sedimentation tank in domestic wastewater treatment plant. Response Surface Methodology was used to examine the responsibility of each parameter on phosphate removal as well as to optimize the dosage of the three coagulants. Economic analysis was also done on the basis of selling prices of the coagulants in the field. Phosphate removal efficiency of Fe(III) was 30% higher than those of Fe(II). Considering chemical price, optimum dosage for achieving residual phosphate concentration below 0.2 mg/L were determined to be 18.14 mg/L of Fe(III), 2.60 mg/L of Al, and 1.64 mg/L of polymer coagulant.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 이들 논문들은 합성 폐수 또는 실험실 규모의 하수처리장치에서 발생한 처리수에 존재하는 인을 제거하는 연구를 수행하였으며, 각각의 응집제에 대한 응집 효율만 비교하였을 뿐 여러 응집제의 교차 사용에 대해서는 연구하지 않았다. 따라서 본 연구에서는 실제 하수처리장에서 발생하는 방류수내 잔류한 인을 제거하기 위한 응집제 투입 최적화 연구를 수행하였다. 응집제로는 국내 방류수 수질 기준 및 겨울철 온도 저하를 고려하여 Fe와 Al을 사용하였고, 응집 효율을 높이기 위해 상용화된 음이온성 고분자 응집제도 함께 사용하였다.

제안 방법

응집제로는 국내 방류수 수질 기준 및 겨울철 온도 저하를 고려하여 Fe와 Al을 사용하였고, 응집 효율을 높이기 위해 상용화된 음이온성 고분자 응집제도 함께 사용하였다. 최종적으로 반응표면분석법(RSM)을 이용한 최적화 연구와 약품 가격을 고려한 경제성 분석 연구를 수행하여 최적의 응집제 투입 농도를 산출하였다.

대상 데이터

본 연구는 교내 하수 및 오수를 처리하는 1,000 M³/d규모의 하수처리장를 대상으로 하였다. 본 하수처리장은 생물학적 질소제거 공정(Anoxic-Oxic process)을 통해 안정적으로 탄소와 질소를 제거하고 있으나, 인의 경우 생물학적 공정에서 거의 제거되지 않았다.

이론/모형

암모니아는 흡광도법인 인도폐놀법을 이용하여 분석하였고, COD와 총인(TP)은 C-mac사의 COD (ULR),TP (LR) 분석키트를 사용하여 분석하였다. TOC와 IC의 분석은 총 유기탄소 분석기(TOC-VCPH/CPN, SHIMADZU, Japan)를 사용하였고, PO₄^3－, NO₃^－, NO₂^－는 이온 크로마토그래피 (Ion chromatography, Metrohm, 883 Basic IC plus)를 사용하여 분석하였다.
암모니아는 흡광도법인 인도폐놀법을 이용하여 분석하였고, COD와 총인(TP)은 C-mac사의 COD (ULR),TP (LR) 분석키트를 사용하여 분석하였다. TOC와 IC의 분석은 총 유기탄소 분석기(TOC-VCPH/CPN, SHIMADZU, Japan)를 사용하였고, PO₄^3－, NO₃^－, NO₂^－는 이온 크로마토그래피 (Ion chromatography, Metrohm, 883 Basic IC plus)를 사용하여 분석하였다.

성능/효과

1) Fe(II)와 Fe(III)용액을 사용하여 실제 하수처리수에 잔류한 인을 응집/침전 시켜 제거 한 결과 Fe(III)가 Fe(II) 보다 인 제거 성능이 높았다.
2) Fe(III)와 alum을 사용한 경우 모두 투입 농도 증가와 비례하여 인 제거량이 증가하였다. Polymer 의 경우 농도가 증가할수록 인 제거량이 증가하였으나 투입 농도와 비례하지는 않았다.
3) Fe(III), alum, polymer의 투입 농도 최적화를 위해 수행한 RSM 연구 결과, Fe(III)의 투입 농도가 15mg-P/L 이상 일 때 Al의 추가 투입에 의한 효과는 매우 적었으며, polymer의 경우에는 투입농도가 증가할수록 인 제거량도 증가하였다.
4) 실제 약품 가격을 고려하여 화학적 인 제거 공정을 경제성 분석한 결과, 법적 방류 기준치인 0.2mg-P/L 이하를 달성하기 위한 응집제의 투입 농도는 Fe(III) 18.14 mg/L, alum 2.06 mg/L, polymer 1.64 mg/L였으며, 처리 단가는 86.84 원/m³으로 산출되었다. ;

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수계에서 인의 유입은 어떻게 이루어 지는가?	Schindler(1977)에 따르면 용존 인은 30 μg/L 또는 그 이하의 농도에서도 조류의 성장을 촉진시킬 수 있다. 인은 자연계에서 일반적으로 고체로 존재하고 용해도가 낮기 때문에 수계에서 인의 유입은 자연적인 현상이 아닌 인간생활 또는 산업에서 사용된 인의 폐기로 인해 이루어진다.
	응집/침전 공정에서 사용하는 대표적 물질은 무엇인가?	응집/침전 공정은 인을 인과 결합하여 결정화 하는 물질을 처리수에 투입하여 용존 인을 결정화 시킨 후 결정화 된 인을 응집시킨 후 처리조 하부로 침전시키고 상등액만 배출하는 방법으로 인을 제거한다. 대표적으로 사용하는 물질로는 Ca, Fe, Al 이온 등이 있으며 최근에는 Mg을 사용하여 암모니아와 인을 동시에 제거하는 방법도 연구되고 있다.
	생물학적 처리방법의 원리는 무엇인가?	생물학적 처리방법에서 이용되는 미생물은 PAOs(Polyphosphate Accumulating Organisms)라고 통칭하여 부르며 대부분 그람 음성 미생물에 속한다. 생물학적 처리방법의 원리는 이런 PAOs 미생물들이 혐기성 조건에서는 인을 방출하고, 호기성 조건에서는 방출했던 인과 함께 추가적으로 과잉 인을 섭취하는 것을 이용하는 것이다. 때문에 생물학적 처리방법에서는 일반적으로 혐기성 반응조를 앞 단에 두고, 후 단에 호기성 반응조를 배치하여 인을 제거한다.

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