일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과장치를 이용한 하수처리장 반류수 내 고농도 인 및 부유물질 처리 Treatment of Phosphorus and Suspended Solid in Reject Water of Sewage Using an Integrated Slow Mixing/Sedimentation and Net Fit Fiber Filtration System원문보기
하수 및 폐수 내 고농도의 인 및 부유물질 제어를 위해 개발한 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과시스템을 이용하여 하수처리장의 반류수 내 부유성 고형물 및 인 처리에 적용했을 경우에 따른 성능을 검토하고자 하였다. 6가지 Mode로 실험을 하였으며, 16.7, 33.3, 41.7 및 50.0 ton/day 유량과 Al/P 몰비 2~4의 조건에서 실험을 행하였다. 응집제를 주입하였을 경우에 모두 높은 총인(T-P) 제거 효율을 보였지만 연속운전시간이 7.8 min~11.4 min으로 짧아지는 단점이 생겼다. 이를 극복하기 위해 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과시스템을 응집/급속교반/공기주입/완속교반/침전공정 및 여과공정으로 진행 시 연속운전시간이 88.2 min으로 다른 모드로 운전한 결과에 비해 8~11.3배 정도 증가하였다. 역세수량율도 5.4%로 매우 낮게 나타남에 따라 이 공정이 가장 효율적인 처리방안으로 평가되었다.
하수 및 폐수 내 고농도의 인 및 부유물질 제어를 위해 개발한 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과시스템을 이용하여 하수처리장의 반류수 내 부유성 고형물 및 인 처리에 적용했을 경우에 따른 성능을 검토하고자 하였다. 6가지 Mode로 실험을 하였으며, 16.7, 33.3, 41.7 및 50.0 ton/day 유량과 Al/P 몰비 2~4의 조건에서 실험을 행하였다. 응집제를 주입하였을 경우에 모두 높은 총인(T-P) 제거 효율을 보였지만 연속운전시간이 7.8 min~11.4 min으로 짧아지는 단점이 생겼다. 이를 극복하기 위해 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과시스템을 응집/급속교반/공기주입/완속교반/침전공정 및 여과공정으로 진행 시 연속운전시간이 88.2 min으로 다른 모드로 운전한 결과에 비해 8~11.3배 정도 증가하였다. 역세수량율도 5.4%로 매우 낮게 나타남에 따라 이 공정이 가장 효율적인 처리방안으로 평가되었다.
An integrated slow mixing/sedimentation and net fit fiber filtration system has been developed to reduce the high concentrations of suspended solid (SS) and total phosphorus (T-P) in the reject water from sewage/wastewater. A filtration device used in this experiment consists of coagulation, in-line...
An integrated slow mixing/sedimentation and net fit fiber filtration system has been developed to reduce the high concentrations of suspended solid (SS) and total phosphorus (T-P) in the reject water from sewage/wastewater. A filtration device used in this experiment consists of coagulation, in-line mixing, air injection, slow mixing/sedimentation, and filtration processes. The performance test using this device was carried out with six operational modes for reject water from sewage treatment plant. Experimental conditions used were 16.7, 33.3, 41.7 and 50.0 ton/day of flow rate and 2~4 of Al/P molar ratio. By injection of coagulant in each operational mode, the high removal efficiencies of SS and T-P were obtained, but continuous operation time was decreased to 7.8~11.4 min in most modes. However, when the Mode 5 of the developed filtration device was applied, the continuous operation time was maintained up to 88.2 min. Also, it was found that the continuous operation time in the Mode 5 using the developed system was increased from 8 to 11.3 times longer than those in other modes. Backwashing flow rate was also very low at 5.4% of total filtered water. Therefore, it can be concluded that the Mode 5 of the developed filtration system was the most efficient treatment method for the removal of high concentrations of SS and T-P.
An integrated slow mixing/sedimentation and net fit fiber filtration system has been developed to reduce the high concentrations of suspended solid (SS) and total phosphorus (T-P) in the reject water from sewage/wastewater. A filtration device used in this experiment consists of coagulation, in-line mixing, air injection, slow mixing/sedimentation, and filtration processes. The performance test using this device was carried out with six operational modes for reject water from sewage treatment plant. Experimental conditions used were 16.7, 33.3, 41.7 and 50.0 ton/day of flow rate and 2~4 of Al/P molar ratio. By injection of coagulant in each operational mode, the high removal efficiencies of SS and T-P were obtained, but continuous operation time was decreased to 7.8~11.4 min in most modes. However, when the Mode 5 of the developed filtration device was applied, the continuous operation time was maintained up to 88.2 min. Also, it was found that the continuous operation time in the Mode 5 using the developed system was increased from 8 to 11.3 times longer than those in other modes. Backwashing flow rate was also very low at 5.4% of total filtered water. Therefore, it can be concluded that the Mode 5 of the developed filtration system was the most efficient treatment method for the removal of high concentrations of SS and T-P.
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문제 정의
따라서 본 연구는 고농도의 인 및 부유물질을 함유한 하·폐수를 처리하기 위하여 완속교반침전조와 그물망 압착식 섬유여과기를 연계한 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과시스템을 개발하고 연속 운전을 통한 최적 운전 방안을 제시하는 것이 목적이다.
반류수의 경우 수질의 변동 폭이 크기 때문에 높은 제거 효율을 확보할 수 있는 운전조건으로 운전을 해야만 순간적인 수질 변화에 적절하게 대응할 수 있다. 응집제를 주입할 경우 Al/P 몰 비를 3으로 고정하여 비교한 것은 앞에서 언급한 바와 같이 Al/P 몰 비가 3 이상일 때 대부분의 실험에서 적절한 총인 및 부유물질 제거효율을 확보할 수 있었고 때로는 Al/P 몰 비 4 보다 양호한 결과를 나타냈기 때문에 응집제 주입량을 최소화하는 목적으로 한 것이다. Fig.
제안 방법
(2) Lab scale의 실험에서 얻은 결과를 토대로 제작한 Pilot plant급 고농도 인 및 부유물질 함유 하·폐수 처리 시스템(50 ton/day)을 설계 및 제작하여 6단계의운전 Mode별성능을 평가하였다.
Jar Test는 250 rpm (G=550 sec-1)으로 1 min 급속혼합과 30 rpm (G=22 sec-1)으로 30 min 완속혼합한 후 30 min의 침전시간을 유지하였다. 30 min의 침전 후 상징액을 채취하여 총인과 부유물질 등을 분석하였다.
B시 G 하수처리장의 원심농축여액을 대상으로 본 연구자들에 의해 개발된 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과 장치의 성능을 파악하기 위해 실험단계를 6 단계로 구분하여 실시하였다. 본 연구를 진행하는 동안 유입 원수의 수질은 계속 변하였으며, 유량 16.
각 실험단계는 Table 1과 같다. Mode 1과 Mode 2는 응집제를 주입하지 않고 실험을 행한 것으로서 Mode 1은 그물망 압착식 섬유여과만의 성능을 평가하였고, Mode 2는 섬유여과장치 전 단계에 완속교반/침전조를 설치하여 성능을 평가한 것이다. Mode 3~Mode 6은 응집제를 주입하면서 실험을 행한 것이다.
Pilot-scale에서는 급속혼합을 위해 in-line mixer를 사용하였으며, 응집제는 정량펌프를 이용하여 주입하였다. Pilot-scale 장치는 완속교반/침전공정, 여과공정 및 역세공정으로 구분하여 운전하였으며 모식도는 Fig. 2와 같다. 그물망 압착식 섬유여과 장치에 사용한 여과용 섬유는 나일론 BCF (Bulked Continuous Filament) 가공사를 사용하여 제작하였으며 역세는 역세수와 공기를 동시에 사용하였다.
Pilot-scale에서는 급속혼합을 위해 in-line mixer를 사용하였으며, 응집제는 정량펌프를 이용하여 주입하였다. Pilot-scale 장치는 완속교반/침전공정, 여과공정 및 역세공정으로 구분하여 운전하였으며 모식도는 Fig.
고농도의 인과 부유물질을 함유한 하·폐수를 처리하기 위한 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과시스템을 개발하고자 우선 실험실 규모의 처리장치를 아크릴을 이용하여 제작하였다.
반류수 내 총인 및 부유물질 제거특성을 파악하기 위한 성능 테스트는 본 연구자들에 의해 개발된 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과장치를 이용하였으며, 장치의 성능을 파악하기 위해 동일장치에서 각 공정의 연계방법을 달리하여 실험단계를 6 단계로 나누어 실험을 행하였다. 각 실험단계는 Table 1과 같다.
B시 G 하수처리장의 원심농축여액을 대상으로 본 연구자들에 의해 개발된 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과 장치의 성능을 파악하기 위해 실험단계를 6 단계로 구분하여 실시하였다. 본 연구를 진행하는 동안 유입 원수의 수질은 계속 변하였으며, 유량 16.7~50.0 ton/day, 응집제 주입농도를 Al/P 2.0~4.0인 조건으로 실험을 행하였으며, 그 중 유량 50 ton/day, Al/P 3인 조건에서의결과를 상호 비교하여 성능 평가를 하고자 하였다.
)은 아스코르빈산 환원법을 이용하여 측정하였다. 부유물질의 분석은 일정량의 시료를 유리섬유 여과지(CF/C)로 여과시킨 다음 항량으로 건조한 후 유리섬유 여과지의 무게차로 측정하였다.
실험실 규모의 장치에서 얻어진 결과를 바탕으로 50 ton/day급 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과시스템을 설계·제작하여 B시 G 하수처리장에 설치하여 고농도 인 및 부유물질을 함유한 반류수를 대상으로 그 성능을 평가하였다.
대상 데이터
(1) 본 연구에서의 원수는 하수처리장에서 발생하는 반류수를 사용하였다. 원수로 사용한 하수처리장의 반류수 수질은 총인 및 부유물질 농도가 각각 7.
따라서 처리수내에 매우 저농도의 인을 유지하기 위해서는 미세 플럭의 유출을 막기 위한 여과공정이 필요한 것으로 판단된다. Jar Test 결과 Al/P 몰 비를 3으로 운전하는 것이 가장 경제적인 것으로 판단되어 현장실험에서도 이에 준하여 Al/P 몰 비를 선정하였다.
2와 같다. 그물망 압착식 섬유여과 장치에 사용한 여과용 섬유는 나일론 BCF (Bulked Continuous Filament) 가공사를 사용하여 제작하였으며 역세는 역세수와 공기를 동시에 사용하였다.
대상 원수 내 인 제거를 위한 적절한 응집제 양을 결정하기 위해 Jar Test를 실시하였으며, 응집제는 우수한 응집성이 있는 것으로 알려진[14] PACl (polyaluminum chloride)을 사용하였다. 실험에 사용한 PACl (Al 17%, 비중 1.
실험실 규모의 장치에서 얻어진 결과를 바탕으로 50 ton/day급 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과시스템을 설계·제작하여 B시 G 하수처리장에 설치하여 고농도 인 및 부유물질을 함유한 반류수를 대상으로 그 성능을 평가하였다. 본 시스템은 Fig. 1과 같으며 응집/침전 반응공정과 중력식 그물망 압착식 섬유여과공정으로 구성되어있다.
본 연구에서는 고농도 인 및 부유물질을 함유한 B시 G 하수처리장의 반류수를 사용하였으며, B시 G 하수처리장의 전체 반류수는 원심농축여액, 탈리여액 및 중력농축여액으로 구성되어 있다. 본 연구를 수행하는 동안 2014년 10월부터 2015년 9월까지 매월 2~3회 반류수의 총인 및 부유물질을 실측하였다.
본 연구에서는 고농도 인 및 부유물질을 함유한 B시 G 하수처리장의 반류수를 사용하였으며, B시 G 하수처리장의 전체 반류수는 원심농축여액, 탈리여액 및 중력농축여액으로 구성되어 있다. 본 연구를 수행하는 동안 2014년 10월부터 2015년 9월까지 매월 2~3회 반류수의 총인 및 부유물질을 실측하였다.
대상 원수 내 인 제거를 위한 적절한 응집제 양을 결정하기 위해 Jar Test를 실시하였으며, 응집제는 우수한 응집성이 있는 것으로 알려진[14] PACl (polyaluminum chloride)을 사용하였다. 실험에 사용한 PACl (Al 17%, 비중 1.37)의 Al/P 몰 비는 2.0~4.0이 되도록 주입하였다. Jar Test는 250 rpm (G=550 sec-1)으로 1 min 급속혼합과 30 rpm (G=22 sec-1)으로 30 min 완속혼합한 후 30 min의 침전시간을 유지하였다.
이론/모형
수질분석은 수질오염 공정시험기준에 따라 총인은 자외선/가시선 분광법으로 측정하였으며, 과황산칼륨 용액을 사용하여 시료를 산화시킨 후 추출된 정인산 이온(orthophosphate ion, PO43-)은 아스코르빈산 환원법을 이용하여 측정하였다. 부유물질의 분석은 일정량의 시료를 유리섬유 여과지(CF/C)로 여과시킨 다음 항량으로 건조한 후 유리섬유 여과지의 무게차로 측정하였다.
성능/효과
5min으로 매우 짧은 연속운전시간을 나타냄에 따라 적절한 운전방법으로 선정할 수가 없다. Mode 5는 Mode 4에서 부가적으로 원수 유입수에 공기만을 추가적으로 주입한 운전방법으로써 Mode 4에서의 결과와 비교하면 부유물질 제거효율은 92.5%로 Mode 4와 비슷하였으나 총인의 제거효율은 90.7%로 Mode 4의 83.5% 보다 높게 나타났다. 특히 Mode 5의 여과지속시간이 Mode 4의 결과에 비해 8배, Mode 3의 11.
3% 이상으로 높게 나타났다. 그러나 원수와 함께 공기를 주입한 Mode 5를 제외하면 여과지속시간은 모두 11.4 min 이하로 감소하고역세수량율은 급격히 증가하여 모두 30%를 상회하는 결과를 보였다. 이는 응집제를 주입함에 따라 급속교반 및 완속교반/침전조를 통과하면서 인과 미세 부유물질의 플럭이 증가하면서 일부 완속교반/침전조에서 입자분리가 일어남에도 불구하고 섬유여과기로 유입되는 부유물질 농도가 231~483 mg/L로 원수 유입수 농도 145~232mg/L 보다 훨씬 높게 나타나기 때문이다.
1 min으로 증가하였다. 부유물질의 제거효율 향상과 함께 총인의처리효율도 16.3%로증가하였다. 역세수량율은 Mode 1과 Mode 2에서 각각 5.
Table 4에서 보는 바와 같이 Mode 1은 응집제를 주입하지 않고 고농도의 인 및 부유물질을 함유하고 있는 대상 원수를 직접 섬유여과기로만 여과를 행한 실험 결과이다. 섬유여과 처리수의 총인 및 부유물질 농도는 각각 32.15 mg/L, 58.0mg/L로 나타났으며, 처리효율은 각각 3.7%, 69.8%로 나타났다. 따라서 섬유여과 장치만으로는 반류수 중에 함유되어 인의 처리는 거의 일어나지 않고 있음을 알 수 있다.
(1) 본 연구에서의 원수는 하수처리장에서 발생하는 반류수를 사용하였다. 원수로 사용한 하수처리장의 반류수 수질은 총인 및 부유물질 농도가 각각 7.5~49.5 mg/L, 136.0~2,452.3 mg/L로 하수처리장의 운영 상태에 따라 변동이 많은 것으로 나타났다.
(3) 고농도의 인 및 부유물질 제거를 위해서는 제거 효율 이외에도 여과지속시간과 역세수량율을 반드시 비교하여 평가하여야 한다. 인 및 부유물질 제거효율이 우수한 Mode 3~6의 운전조건에서 여과 지속시간과 역세수량율을 함께 고려하여 평가한 결과, 완속교반/침전조에서 원수의 유입속도를 증가시킬 목적으로 공기를 부가적으로 주입한 Mode 5의 여과지속시간이 88.2 min으로 Mode 4의 8배, Mode 3의 11.3배로 파악되었으며, 역세수량율은 5.4%로 Mode 3과 4의 30.5% 이상에 비해 매우 낮게 나타남에 따라 Mode 5가 가장 효율적인 처리방안으로 평가되었다.
3은 PACl의 Al/P의 몰 비에 따른 총인(T-P, Total Phosphorus)의 제거정도를 나타낸 것이다. 인의 제거효율은 응집제주입량, 즉 Al/P의 몰 비를 증가시킬수록 증가하였으며, Al/P의 몰비가 2.0~4.0의 범위에서 총인의 제거효율은 26.9~77.3%인 것으로 나타났다. 인 제거는 일정한 Al/P 몰 비 이상으로 주입을 하여도 크게 변동하지 않았는데 과다한 응집제 주입은 Al 응집제에 의하여 형성된 침전성 인(AlPO4(s))의 미세 플럭 형성에 의해 침전성이 나빠지는 결과를 초래하기도 한다.
후속연구
(3) 고농도의 인 및 부유물질 제거를 위해서는 제거 효율 이외에도 여과지속시간과 역세수량율을 반드시 비교하여 평가하여야 한다. 인 및 부유물질 제거효율이 우수한 Mode 3~6의 운전조건에서 여과 지속시간과 역세수량율을 함께 고려하여 평가한 결과, 완속교반/침전조에서 원수의 유입속도를 증가시킬 목적으로 공기를 부가적으로 주입한 Mode 5의 여과지속시간이 88.
따라서 본 연구에서는 본 연구진에 의해 새로이 개발된 일체형 완속교반/침전조와 섬유여과기를 이용하여 고농도 인 및 부유물질 함유 하·폐수 처리 시 발생할 수 있는 문제점 등을 해소한다면 기존의 인 시스템이 가지고 있는 넓은 부지와 과다한 약품비가 든다는 단점을 보완할 수 있는 기술로 대체될 수 있을 것이다.
따라서 하수처리장의 반류수와 같이 부유물질과 인의 농도가 높은 경우에는 Mode 5와 같은 방법으로 처리할 경우 가장 효율적인 처리방안이 될것으로 판단된다. 또한 터널공사 또는 건설현장에서 발생하는 고탁도의 건설폐수의 처리에도 적용 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
응집제를 주입 할 경우 어떤 현상이 일어나는가?
0 ton/day 유량과 Al/P 몰비 2~4의 조건에서 실험을 행하였다. 응집제를 주입하였을 경우에 모두 높은 총인(T-P) 제거 효율을 보였지만 연속운전시간이 7.8 min~11.4 min으로 짧아지는 단점이 생겼다. 이를 극복하기 위해 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과시스템을 응집/급속교반/공기주입/완속교반/침전공정 및 여과공정으로 진행 시 연속운전시간이 88.
4대강이 녹조 발생에 취약한 이유는 무엇인가?
4대강 사업 후 조류의 대발생은 연례행사가 되었다. 영양염류가 이미 풍부한 4대강이 보로 인하여 물이 정체되어 있으므로 여름철 수온이 올라가기 시작하면 녹조 발생은 피할 수 없는 상황이다[1]. 이러한 조류발생의 주요 원인물질은 인과 질소로 알려져 있다[2].
연속운전시간이 7.8 min~11.4 min으로 짧아지는 단점을 극복하기 위해 방식을 어떻게 달리 하였으며, 이로 인해 나타난 결과는 무엇인가?
4 min으로 짧아지는 단점이 생겼다. 이를 극복하기 위해 일체형 완속교반/침전 그물망 압착식 섬유여과시스템을 응집/급속교반/공기주입/완속교반/침전공정 및 여과공정으로 진행 시 연속운전시간이 88.2 min으로 다른 모드로 운전한 결과에 비해 8~11.3배 정도 증가하였다. 역세수량율도 5.4%로 매우 낮게 나타남에 따라 이 공정이 가장 효율적인 처리방안으로 평가되었다.
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