[논문]티타늄계열응집제를 이용한 하수 내 인 제거

신소연; 김종호; 안종화

doi:10.4491/ksee.2016.38.8.428

티타늄계열응집제를 이용한 하수 내 인 제거
Phosphorus Removal from Municipal Wastewater Using Ti-based Coagulants 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.38 no.8, 2016년, pp.428 - 434

신소연 (강원대학교 환경공학과) , 김종호 (전남대학교 응용화학공학부) , 안종화 (강원대학교 환경공학과)

초록
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본 연구에서는 하수 내 인 제거 시 티타늄계열 응집제의 인 제거특성을 알아보기 위해 알루미늄계열 응집제와 비교하였다. Jar-tester를 이용하여 다양한 OH/Ti 몰비(B값)의 응집제를 투여하여 실험을 진행하였다. 초기 인 농도가 증가할수록 처리 후 $PO_4-P$ 농도가 0.2 mg P/L 이하에 도달하기 위한 [Ti]/[P]는 감소하였다. T-P 제거효율은 응집제 주입량이 증가할수록 높아졌지만, 최고 제거효율에 도달한 후에는 B값에 관계없이 감소하였다. 반면에 $PO_4-P$ 제거율은 최고점에 도달한 후 B값에 상관없이 일정하게 유지하는 경향이 나타났다. 동일한 인 제거효율에서 Ti계열 응집제의 주입량은 Al계열 응집제보다 약 2배정도 높았다. 또한, Ti계열 응집제의 B값에 따라 인제거효율에 영향을 미쳤다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study evaluated the efficacy of Ti-based coagulants on phosphorus (P) removal from municipal wastewater and compared them with Al-based coagulants. Jar test experiments were performed at various chemical doses and OH/Ti molar ratio (B value). The higher the intial phosphate ($PO_4-P$) concentration, the lower the [Ti]/[P] to reach a residual concentration below 0.2 mg P/L. Removal efficiencies of total phosphorus increased with an increased coagulant dose but decreased after the efficiencies reached their maximum value regardless of coagulant or B value. On the other hand, $PO_4-P$ removal showed an increasing trend with an increased coagulant dose, reaching the plateau value under large coagulant dose conditions for both Ti- and Al-based coagulants regardless of B value. The chemical dose of Ti-based coagulants was approximately twice higher than that of Al-based coagulants with the same P-removal efficiency. The coagulation efficiency was influenced by different B values.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

¹⁵⁾ 티타늄계열 응집제 역시 폴리머 응집제에 대한 연구가 이루어지고 있지만 유기물, 탁도 등의 제거에 초점을 맞춰 왔으며,^16,17) 인 제거에 대한 연구는 본 연구진을 제외하고 국내외에서 찾아볼 수 없다. 따라서 본 연구에서는 인 제거에 초점을 맞추어 기존 응집제(alum, PAC)와 티타늄계열의 응집제(TiCl₄, poly titanium chloride (PTC))를 비교하며 티타늄계열응집제를 하수에 적용하였을 때 인 제거특성을 제시하고자 한다.

대상 데이터

0으로 제조되었다. 기존응집제는 알루미늄계열의 alum과 PAC (17.4 wt% as Al₂O₃, OH/Al molar ratio = 0.45, A 제조사, 대한민국)을 사용하였다. Alum은 황산알루미늄(51-57 wt%, Yakuri Pure Chemials CO.
실험에 사용한 하수는 A시 하수종말처리장의 2차침전지 방류수를 사용하였다. 채취한 하수는 균질화 후 4 L 용기에 담아 냉동보관(-20℃)하였고, 실험 시 실온에서 해동하여 사용하였다.
채취한 하수는 균질화 후 4 L 용기에 담아 냉동보관(-20℃)하였고, 실험 시 실온에서 해동하여 사용하였다. 티타늄계열의 응집제는 TiCl₄ (20 wt%, (주)빛과 환경, 대한민국)와 PTC((주)빛과 환경, 대한민국)를 사용하였다. PTC-sodium carbonate (PTC-S C)는 합성 시 sodium carbonate를 사용하였고, PTC-hydrogen peroxide (PTC-HP)는 합성 시 hydrogen peroxide를 사용하여 제조된 것이다.

이론/모형

알칼리도는 Standard Methods에 따라 적정법을 사용하였고, 응집실험 전, 후 pH (UB-10, Denver instrument, US)를 측정하였다. 시료 내 유기물질 변화를 알아보기 위해 dissolved organic carbon (DOC)와 파장 254 nm에서 자외선 흡광도(UV₂₅₄)는 Standard Methods에 따라 측정하였다. Specific ultra violet absorbance (SUVA)는 UV₂₅₄와 DOC의 비율을 통해 나타내었다.
인 농도는 Standard Methods에 준하여 T-P와 PO₄-P를 측정하였다. 알칼리도는 Standard Methods에 따라 적정법을 사용하였고, 응집실험 전, 후 pH (UB-10, Denver instrument, US)를 측정하였다.
Volatile suspended solid (VSS)는 GF/C를 이용하여 여과 후 Standard Methods에 준하여 550℃에서 강열하였다.¹⁹⁾ 흡광도를 측정하기 위하여 UV-Vis spectrophotometer (Libra S60, Biochrom, UK)를 사용하였고, DOC는 total organic carbon (TOC) 분석장치(TOC-VCPH, Shimadzu, Japan)를 사용하여 측정하였다. 응집제와 인의 몰 비는 주입된 응집제의 몰농도를 하수 내 인의 몰농도로 나눈 값으로 표현하였다.

성능/효과

2%로 가장 높은 T-P 제거효율을 보였으며 PAC보다 10% 높은 T-P 제거효율을 보였다. PTC-HP에서 적정 OH/Ti비 이상 증가할수록 T-P, PO₄-P 제거효율 모두 감소하는 경향을 보였으며 잔류 DOC 농도, UV₂₅₄ 등은 증가하는 경향을 보였다. 응집제 농도를 동일하게 주입하였을 때 PTC-HP 중 OH/Ti비가 0.
8인 조건에서 인 제거 효율이 가장 높았다. 따라서 티타늄계열의 응집제를 하수의 인 제거에 적용 가능할 것으로 판단된다.
PTC-HP에서 적정 OH/Ti비 이상 증가할수록 T-P, PO₄-P 제거효율 모두 감소하는 경향을 보였으며 잔류 DOC 농도, UV₂₅₄ 등은 증가하는 경향을 보였다. 응집제 농도를 동일하게 주입하였을 때 PTC-HP 중 OH/Ti비가 0.8인 조건에서 인 제거 효율이 가장 높았다. 따라서 티타늄계열의 응집제를 하수의 인 제거에 적용 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폴리머 응집제의 장점은 무엇인가?	기존 알루미늄계열, 철염계열 응집제들은 poly aluminium chloride (PAC), poly ferric chloride (PFC) 등과 같은 폴리머 응집제가 개발되어져왔다. 폴리머 응집제는 단위체 응집제에 비해 제거효율이 좋으며 응집 후 잔류 이온농도가 낮고 응집 후 pH가 적게 감소하는 장점이 있다.15) 티타늄계열 응집제 역시 폴리머 응집제에 대한 연구가 이루어지고 있지만 유기물, 탁도 등의 제거에 초점을 맞춰 왔으며,16,17) 인 제거에 대한 연구는 본 연구진을 제외하고 국내외에서 찾아볼 수 없다.
	응집제와 인의 몰 비는 어떻게 표현하였는가?	19)흡광도를 측정하기 위하여 UV-Vis spectrophotometer (Libra S60, Biochrom, UK)를 사용하였고, DOC는 total organic carbon (TOC) 분석장치(TOC-VCPH, Shimadzu, Japan)를 사용하여 측정하였다. 응집제와 인의 몰 비는 주입된 응집제의 몰농도를 하수 내 인의 몰농도로 나눈 값으로 표현하였다.
	알루미늄계열, 철염계열 응집제는 환경에 어떤 영향을 끼치는가?	금속염 응집제는 응집 후 잔류 이온이 수중에 존재하게 된다.3) 알루미늄의 경우 생체 내 축적될 경우 신경계질환을 일으킬 수 있는 가능성이 있는 것으로 알려져 있으며,4) 철염의 경우에는 어류 등에 영향을 미치는 등 환경에 2차 오염을 일으킬 수 있는 것으로 알려져 있다.5) 또한 기존 응집제들은 많은 하수슬러지를 발생시키는 문제점을 가지고 있다.

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