본 연구에서는 경기도 고양시 소재 I 수질복원센터의 공정별 유량과 총인(TP) 농도를 활용하여 2015년도 기준 TP 물질수지도를 작성하고, 이를 분석하여 하수처리시설에서 인(P)을 회수할 수 있는 최적의 단위공정을 실증적으로 선정하고자 하였다. 인 회수공정의 도입 가능성을 평가하기 위하여 유량, TP농도, TP부하량 및 SS에 대한 정량적 지표를 제안하는 한편, 이를 I 수질복원센터에 적용하였다. 또한 I 수질복원센터의 탈수여액을 대상으로 인 회수공정의 도입 가능성에 대한 기초실험을 실시하였다. TP 물질수지를 분석한 결과, 하수처리장 유입수에 비해 유량은 1/16로 적지만 TP농도는 약 78배, TP부하량은 4.8배에 달하는 반류수 계통을 대상으로 인을 회수하는 것이 하수처리시설 전체의 TP부하를 저감하는데 유효한 것으로 나타났다. 반류수 계통의 단위공정들을 대상으로 본 연구에서 제안한 정량적 지표를 활용하여 인 회수공정의 도입 가능성을 상세히 평가한 결과, (잉여농축조 상징액+잉여저류조 월류수) 또는 탈수여액이 적합한 것으로 나타났다. 한편, TP농도가 141.5 mg/L에 달하는 탈수여액을 대상으로 결정화에 의한 인 회수 기초실험을 실시하였다. 탈수여액의 pH를 10으로 조정한 후 칼슘이온($Ca^{2+}$)을 각각 250, 500, 1000 mg/L씩 주입하여 완속교반을 실시하였다. 기초실험 결과 탈수여액 중의 $PO_4-P$ 및 TP를 95% 이상 제거할 수 있는 것으로 나타나 인 회수공정의 도입 가능성이 확인되었다.
본 연구에서는 경기도 고양시 소재 I 수질복원센터의 공정별 유량과 총인(TP) 농도를 활용하여 2015년도 기준 TP 물질수지도를 작성하고, 이를 분석하여 하수처리시설에서 인(P)을 회수할 수 있는 최적의 단위공정을 실증적으로 선정하고자 하였다. 인 회수공정의 도입 가능성을 평가하기 위하여 유량, TP농도, TP부하량 및 SS에 대한 정량적 지표를 제안하는 한편, 이를 I 수질복원센터에 적용하였다. 또한 I 수질복원센터의 탈수여액을 대상으로 인 회수공정의 도입 가능성에 대한 기초실험을 실시하였다. TP 물질수지를 분석한 결과, 하수처리장 유입수에 비해 유량은 1/16로 적지만 TP농도는 약 78배, TP부하량은 4.8배에 달하는 반류수 계통을 대상으로 인을 회수하는 것이 하수처리시설 전체의 TP부하를 저감하는데 유효한 것으로 나타났다. 반류수 계통의 단위공정들을 대상으로 본 연구에서 제안한 정량적 지표를 활용하여 인 회수공정의 도입 가능성을 상세히 평가한 결과, (잉여농축조 상징액+잉여저류조 월류수) 또는 탈수여액이 적합한 것으로 나타났다. 한편, TP농도가 141.5 mg/L에 달하는 탈수여액을 대상으로 결정화에 의한 인 회수 기초실험을 실시하였다. 탈수여액의 pH를 10으로 조정한 후 칼슘이온($Ca^{2+}$)을 각각 250, 500, 1000 mg/L씩 주입하여 완속교반을 실시하였다. 기초실험 결과 탈수여액 중의 $PO_4-P$ 및 TP를 95% 이상 제거할 수 있는 것으로 나타나 인 회수공정의 도입 가능성이 확인되었다.
In this study, we have made the annual total phosphorus (TP) mass balance diagrams for I wastewater treatment plant by utilizing the data of flow rate and TP of each process and tried to choose the optimum unit process empirically for phosphorus recovery. For the applicability evaluation, we have su...
In this study, we have made the annual total phosphorus (TP) mass balance diagrams for I wastewater treatment plant by utilizing the data of flow rate and TP of each process and tried to choose the optimum unit process empirically for phosphorus recovery. For the applicability evaluation, we have suggested several quantitative indices of flow rate, TP concentration, TP load and SS. Based on the analyses of TP mass balance, it became clear for reducing TP load of the wastewater treatment plant that it is efficient to recover phosphorus from the side stream in which the amount of flow rate is just 1/16, but TP concentration and load are 78 and 4.8 times larger than those of the influent of the plant. After the detailed applicability evaluation for the side stream, it could be concluded that the unit process of waste activated sludge thickener supernatant or dehydration filtrate are appropriate. Meanwhile, we did fundamental experiments utilizing the dewatering filtrate with TP concentration of 141.5 mg/L. After adjusting pH 10 and $Ca^{2+}$ concentration 250, 500, 1000 mg/L, it was stirred slowly. As a result, the $PO_4-P$ and TP removal efficiencies were above 95 percent; the results of the experiment imply the applicability of phosphorus recovery process in a wastewater treatment plant strongly.
In this study, we have made the annual total phosphorus (TP) mass balance diagrams for I wastewater treatment plant by utilizing the data of flow rate and TP of each process and tried to choose the optimum unit process empirically for phosphorus recovery. For the applicability evaluation, we have suggested several quantitative indices of flow rate, TP concentration, TP load and SS. Based on the analyses of TP mass balance, it became clear for reducing TP load of the wastewater treatment plant that it is efficient to recover phosphorus from the side stream in which the amount of flow rate is just 1/16, but TP concentration and load are 78 and 4.8 times larger than those of the influent of the plant. After the detailed applicability evaluation for the side stream, it could be concluded that the unit process of waste activated sludge thickener supernatant or dehydration filtrate are appropriate. Meanwhile, we did fundamental experiments utilizing the dewatering filtrate with TP concentration of 141.5 mg/L. After adjusting pH 10 and $Ca^{2+}$ concentration 250, 500, 1000 mg/L, it was stirred slowly. As a result, the $PO_4-P$ and TP removal efficiencies were above 95 percent; the results of the experiment imply the applicability of phosphorus recovery process in a wastewater treatment plant strongly.
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문제 정의
한편, 앞의 물질수지도에서 반류수 계통은 유량이 적고 고농 도로 인이 농축되어 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구에 서는 반류수 계통의 각 단위공정을 대상으로 인 회수공정의 도입 가능성을 평가하였다. Table 6에 I-WWTP 반류수 계통을 대상으로 각 공정에 대하여 유량, TP농도, TP부하량, SS 및 그에 대한 정량적 지표를 정리하여 나타내었다.
유출 대상물의 특성 또한 다양하다. 따라서, 본 연구 에서는 인 회수공정의 도입 적정성을 평가하기 위하여 다음의 원칙들을 검토하였다. 먼저, 처리계통 및 단위공정의 측면에서는 ① 인 회수공정의 도입 가능 여부(부지 확보 가능성), ② 도입 공정의 소규모화 가능 여부, ③ 높은 인 회수효율 확보 여부, ④ 하수처리공정 전체의 인 부하 저감에 대한 기여 여부, ⑤ 유지관리의 용이 여부 및 ⑥ 경제성 등을 고려하고자 하였다.
회수할 수 있는 대상공정을 선정하는 방안에 대한 검토가 선차적이다. 따라서, 본 연구에서는 하수처리시설에서 인을 회수할 수 있는 적정한 대상공정을 도출하기 위하여 TP 물질수지를 활용하고자 하였다. 10) 경기도 고양시 소재 일산 수질복원센터(이하, I-WWTP)의 처리계통도를 파악하여 공정별 유량과 TP농도를 통해 2015년도 기준 연평균 TP 물질수지도를 작성하고, 이 물질수지도를 바탕으로 인을 제거.
따라서, 본 연구 에서는 인 회수공정의 도입 적정성을 평가하기 위하여 다음의 원칙들을 검토하였다. 먼저, 처리계통 및 단위공정의 측면에서는 ① 인 회수공정의 도입 가능 여부(부지 확보 가능성), ② 도입 공정의 소규모화 가능 여부, ③ 높은 인 회수효율 확보 여부, ④ 하수처리공정 전체의 인 부하 저감에 대한 기여 여부, ⑤ 유지관리의 용이 여부 및 ⑥ 경제성 등을 고려하고자 하였다. 위의 검토사항을 바탕으로 부지 확보가 가능하다는 전제 하에 대상물의 특성을 반영하여 종합함으로써, 최종적으로 ① 발생량이 적고, ② TP(또는 인산이온(PO 4-P))의 농도가 높고, ③ TP(또는 PO 4-P) 부하 량이 크고, ④ (대상물이 슬러지가 아닌 경우) 고형물함량 (SS, suspended solids)이 낮은 조건이 유리한 것으로 판정하였다.
공정 구성이 단순하고 유지관리가 용이하기 위해서 SS는 5,000 mg/L 이하가 적정한 것으로 판단하였다. 본 연구에서는 수처리 계통, 슬러지 처리 계통 및 반류수 계통 중에서 인이 고농도로 농축되어 있는 반류수 계통을 중심으로 아래의 지표들을 활용한 정량적 평가를 시도하였다.
본 연구에서는 하수처리시설에서 인을 회수할 수 있는 적절한 단위공정을 실증적으로 도출하고자 하였다. 이를 위하여 경기도 소재의 I-WWTP를 대상으로, 처리계통을 수처리, 슬러지처리 및 반류수 계통으로 구분한 다음 2015년도 연간 현장 운전자료를 바탕으로 TP 물질수지도를 산정 하였다.
반송되는 슬러지의 안정화 및 탈수성 향상을 위해 알루미늄염과 철염 등의 응집제를 투입하는 사례가 있다. 응집제 투여를 통하여 콜로이드와 미세입자군의 결합을 유도하여 고액분리를 쉽게 하고 탈수성을 개량하는 것이다. 그러나 응집제 첨가는 슬러지의 발생량을 증가시키며, 약품비용 및 유지관리비용의 증가를 초래하여 근본적인 처방이 되기 어려운 단점이 있다.
이를 위하여 경기도 소재의 I-WWTP를 대상으로, 처리계통을 수처리, 슬러지처리 및 반류수 계통으로 구분한 다음 2015년도 연간 현장 운전자료를 바탕으로 TP 물질수지도를 산정 하였다. 한편, I-WWTP의 TP부하량에 크게 영향을 미치는 반류수 공정을 대상으로 인 회수공정의 도입 가능성에 대한 정량적 평가를 실시하고, 인 회수공정 도입을 위한 기초 실험을 실시하였다. 본 연구의 주요한 결과는 다음과 같다.
가설 설정
SS에 대하여 5,000 mg/L 미만은 ‘양호’, 5,000 이상 10,000 mg/L 미만은 ‘보통’, 10,000 mg/L이상은 ‘불량’으로 표기하 였다. 본 연구에서는 SS농도가 5,000 mg/L 이상이 되는 경우 고효율의 인 회수를 위해서 사전 또는 사후에 SS를 추가로 처리해야하기 때문에 공정구성이 복잡해지는 것으로 가정하였다.
제안 방법
정석재로는 석회사(평균입경: 2-5 mm)를 사용하였다. 11) pH와 Ca 2+ 농도를 조절한 탈수여액에 석회사를 일정 비율(부피비로 4 : 1)로 혼합하여 교반하면서 0, 15, 30, 60, 120분마다 pH, Ca2+ , TP 및 PO4-P 농도를 모니터링하였다. 실험조건은 위의 Table 2와같다.
5) 인 회수공정의 도입 가능성을 평가하기 위하여 대상 공정별로 유량, TP농도, TP부하량 및 SS농도 등에 대해 정량적으로 지표화하고, 이를 반류수 계통에 적용하였다. 반류수 계통 중 (잉여농축조 상징액 + 잉여저류조 월류수) 또는 탈수여액에 대하여 인 회수공정을 도입하는 것이 타당한 것으로 분석되었다.
Ca2+ 농도에 따른 인 제거효율을 검토하기 위하여 탈수여액의 pH를 10으로 조정한 후 Ca 2+ 250, 500 및 1,000 mg/L을 각각 주입한 후 완속교반하면서 PO4-P와 TP 농도의 거동을 관찰하였다.
I-WWTP로부터 2015년도 전체의 하수처리공정 운전자료를 제공받아 처리계통별, 단위공정별 TP 물질수지에 대한 실증분석을 실시하였다. 유입수 및 방류수의 TP농도 변화와 계절별 변화를 분석하였다.
슬러지 탈수여액을 대상으로 정석공정을 활용하여 인 회수효율에 대한 기초실험을 실시하였다. I-WWTP에서 채수한 탈수여액에 NaOH (20%)를 주입하여 pH를 10으로 조정한 후, 염화칼슘(CaCl 2, 95%)을 이용하여 Ca 2+ 250, 500 및 1,000 mg/L를 각각 추가 주입하였다. 정석재로는 석회사(평균입경: 2-5 mm)를 사용하였다.
I-WWTP의 공정별 유량과 TP농도를 이용하여 TP부하량을 산정하고 물질수지도를 작성하였다. Fig.
I-WWTP의 탈수여액을 대상으로 인 회수공정의 도입 가능성에 대한 기초실험을 진행하였다. pH 및 Ca2+ 농도를 조절하여 정석재와의 접촉시간에 따른 PO4-P 및 TP의 제거 효율과 HAP 생성 가능성 등을 검토하였다.
I-WWTP의 탈수여액을 대상으로 인 회수공정의 도입 가능성에 대한 기초실험을 진행하였다. pH 및 Ca2+ 농도를 조절하여 정석재와의 접촉시간에 따른 PO4-P 및 TP의 제거 효율과 HAP 생성 가능성 등을 검토하였다. I-WWTP의 탈수여액의 초기 pH는 7.
각 처리계통 및 단위공정에 대한 정량적 평가를 실시하기 위하여 각 판정항목들에 대해 다음의 Table 1과 같이 지표 화를 시도하였다. 대상공정별 유량, TP농도 및 TP부하량을 평균 유량, 평균 TP농도 및 평균 TP부하량으로 나누어 지표화하였다. 인 회수를 위해서는 유량이 적을수록 유리하기 때문에 유량의 경우에는 역수(평균 유량/대상공정의 유량)를 지표로 활용하였다.
같은 공법 이라고 할지라도 효율적으로 인을 회수할 수 있는 대상공 정을 사전에 파악함으로써, ① 소규모의 시설 구축이 가능 하고, ② 인의 회수효율이 높으면서, ③ 하수처리공정 전체의 인 부하를 저감하는 데 대한 기여가 크고, ④ 유지관리가 용이하고, ⑤ 경제적인 인 회수체계의 도입이 가능할 것으로 판단된다. 또한 국내의 하수처리시설에서 인 회수공 정으로 도입 가능성이 높은 것으로 판단되는 정석탈인법을 고려하여, I-WWTP의 슬러지 탈수여액을 대상으로 인 회수 공정의 도입 가능성에 대한 기초실험을 실시하였다.
또한 전체 하수처리공정의 처리계통을 파악하고, 처리계통별로 단위공정의 유량 및 TP농도로부터 TP부하량을 산출하였다.
통합반류수는 반류수침전조 유출수와 잉여농축조 상징액 + 잉여저류조 월류수, 탈수여액을 더한 것이다. 반류수 계통 중 소화조 상징액과 소화조슬러지 직탈수에 대한 수질정보는 생략하였다.
반류수 계통은 중력농축조 상징액, 잉여농축조 상징액 + 잉여저류조 월류수, 탈수여액, 3차 약품슬러지, 반류수 + 약품슬러지 및 통합반류수로 구분하였다. 반류수 + 약품슬러지는 반류수침전조로 유입되는 소화조 상징액과 중력농축조 상징액 및 3차 약품슬러지가 혼합된 결과이다.
I-WWTP의 수처리, 슬러지처리 및 반류수 계통을 구분하여 각 단위공정의 유량 및 수질정보를 Table 5에 나타내었다. 수처리 계통은 하수처리장 유입수, 1차침전지 유입수, 1차침전지 유출수, 2차침전지 유출수 및 방류수로 구분하였다. 1차침전지 유입수는 하수처리장 유입수와 반류수가 더해져 유량이 11,200 m3 /d만큼 늘어났으며, BOD (biochemical oxygen demand), COD (chemical oxygen demand), TN (total nitrogen), TP 및 SS 등 각 수질항목의 농도가 모두 증가하였다.
슬러지 탈수여액을 대상으로 정석공정을 활용하여 인 회수효율에 대한 기초실험을 실시하였다. I-WWTP에서 채수한 탈수여액에 NaOH (20%)를 주입하여 pH를 10으로 조정한 후, 염화칼슘(CaCl 2, 95%)을 이용하여 Ca 2+ 250, 500 및 1,000 mg/L를 각각 추가 주입하였다.
슬러지처리 계통은 생농축슬러지, 분뇨연계, 2차 잉여슬 러지, 잉여농축슬러지, 소화조 유입슬러지 및 소화조슬러지로 구분하였다. 슬러지처리 계통은 대체로 발생량은 적지만 BOD, COD 및 SS 농도가 높게 나타났다.
I-WWTP로부터 2015년도 전체의 하수처리공정 운전자료를 제공받아 처리계통별, 단위공정별 TP 물질수지에 대한 실증분석을 실시하였다. 유입수 및 방류수의 TP농도 변화와 계절별 변화를 분석하였다. 또한 전체 하수처리공정의 처리계통을 파악하고, 처리계통별로 단위공정의 유량 및 TP농도로부터 TP부하량을 산출하였다.
또한 전체 하수처리공정의 처리계통을 파악하고, 처리계통별로 단위공정의 유량 및 TP농도로부터 TP부하량을 산출하였다. 이를 바탕으로 2015 년도 기준 연평균 TP 물질수지도를 작성하였다.
본 연구에서는 하수처리시설에서 인을 회수할 수 있는 적절한 단위공정을 실증적으로 도출하고자 하였다. 이를 위하여 경기도 소재의 I-WWTP를 대상으로, 처리계통을 수처리, 슬러지처리 및 반류수 계통으로 구분한 다음 2015년도 연간 현장 운전자료를 바탕으로 TP 물질수지도를 산정 하였다. 한편, I-WWTP의 TP부하량에 크게 영향을 미치는 반류수 공정을 대상으로 인 회수공정의 도입 가능성에 대한 정량적 평가를 실시하고, 인 회수공정 도입을 위한 기초 실험을 실시하였다.
하수처리시설에서 인 회수공정의 도입 가능성을 평가하기 위하여, ① 발생량, ② TP농도, ③ TP부하량 저감효과및 ④ 공정구성의 단순성과 유지관리의 용이성 등을 검토 하였다. 이를 위하여 단위공정별 유량, TP농도, TP부하량 및 SS를 비교.분석하였다.
하수처리시설에서 인 회수공정의 도입 가능성을 평가하기 위하여, ① 발생량, ② TP농도, ③ TP부하량 저감효과및 ④ 공정구성의 단순성과 유지관리의 용이성 등을 검토 하였다. 이를 위하여 단위공정별 유량, TP농도, TP부하량 및 SS를 비교.
대상 데이터
5 mg/L 이하(III지역)를 기준으로 하고 있다. 또한 처리계통이인 고도처리(3차처리)를 포함한 수처리 계통과 슬러지의 농축, 탈수 및 소화를 포함한 슬러지처리 계통 및 반류수 계통을 복합적으로 모두 포함하고 있어, 국내 여러 하수처리 시설의 공정 구성을 대변할 수 있는 장점이 있음을 고려하여 본 연구의 대상지로 선정하였다.
I-WWTP에서 채수한 탈수여액에 NaOH (20%)를 주입하여 pH를 10으로 조정한 후, 염화칼슘(CaCl 2, 95%)을 이용하여 Ca 2+ 250, 500 및 1,000 mg/L를 각각 추가 주입하였다. 정석재로는 석회사(평균입경: 2-5 mm)를 사용하였다. 11) pH와 Ca 2+ 농도를 조절한 탈수여액에 석회사를 일정 비율(부피비로 4 : 1)로 혼합하여 교반하면서 0, 15, 30, 60, 120분마다 pH, Ca2+ , TP 및 PO4-P 농도를 모니터링하였다.
수처리 계통은 하수처리장 유입수, 1차침전지 유입수, 1차침전지 유출수, 2차침전지 유출수 및 방류수로 구분하였다. 1차침전지 유입수는 하수처리장 유입수와 반류수가 더해져 유량이 11,200 m3 /d만큼 늘어났으며, BOD (biochemical oxygen demand), COD (chemical oxygen demand), TN (total nitrogen), TP 및 SS 등 각 수질항목의 농도가 모두 증가하였다. 특히 TP의 경우 5.
52 mg/L로 감소 하였다. 1차침전지로 반송되는 반류수의 유량은 하수처리장 유입유량에 비해 1/16 수준으로 적지만 TP농도는 431.67 mg/L로 하수처리장 유입 TP농도(5.56 mg/L)의 약 78배로 고농도로 농축되어 있음이 확인되었다.
6 kg/d로 감소한다. 1차침전지와 방류수를 비교했을 때 TP부하량은 99.6%의 감소효율을 가지며, 특히 1차침전지와 2차침전지에서 각각 31.2% 및 41.2%가 감소되었다. 슬러지처리 시 중력농축조 슬러지와 잉여농축조 슬러지가 소화조로 함께 유입되어 처리된다.
2) 반류수 계통은 하수처리장 유입수에 비하여 유량이 1/16 수준으로 적지만 TP농도는 유입수의 약 78배로 고농 도로 농축되어 있는 것으로 나타났다. 그 결과, 1차침전지 전단으로 반송되는 반류수의 TP부하량은 하수처리장 유입 TP부하량의 4.
8%의 추세로 증가하고 있으며, 이러한 추세가 지속될 경우 50년 이내에 고갈에 직면할 것으로 예측되고 있다. 2) 인광석의 전량을 수입에 의존하는 우리나라로서는 장기적이고 안정적으로 인 자원을 확보해야 한다. 이미 일본, 유럽 등의 선진외국에서는 하수처리시설에서 인 자원을 회수하는 공정개발 및 그 실용화를 추진하고 있다.
4) 하수처리시설에서 인을 회수하기 위한 적절한 처리계 통으로서, 수처리 및 슬러지처리 계통보다 반류수 계통이 적절한 것으로 나타났다.
6) I-WWTP의 PO4-P농도가 140 mg/L인 탈수여액을 대상으로 기초실험을 수행한 결과, pH 및 칼슘이온(Ca2+ )의 조절을 통하여 PO4-P 및 TP가 95% 이상 제거되어 인 회수공 정의 도입 가능성을 확인하였다. HAP 생성반응을 극대화하고 응집 및 CaCO3 생성반응을 제어하기 위한 추가적인 실험연구 및 실용화 연구가 수반되어야 할 것이다.
반류수 중의 인부하가 감소한다면 1차침전지로 유입되는 부하가 감소하고 최종적으로는 방류수 또는 슬러지의 형태로 외부로 반출되는 인 농도 및 부하도 감소하게 된다. 6)우리나라에서 하수 처리시설로 유입되는 TP부하량은 일 110톤에 달한다. 이러한 상황에 비추어 보았을 때 하수처리공정에서 인을 회수하는 것은 방류수 수질문제와 인 고도처리시설의 약품 절감및 인 자원 고갈의 문제까지 동시에 해결할 수 있는 매우 유효한 방법이라고 할 수 있다.
2차침전지에서 발생하는 2차 잉여슬러지가 6,125 m 3 /d로 가장 양이 많았다. TP농도는 2차 잉여슬러지를 농축한 잉여농축 슬러지에서 가장 높은 것으로 확인되었다.
그 결과, 1차침전지 전단으로 반송되는 반류수의 TP부하량은 하수처리장 유입 TP부하량의 4.8배에 달하였다.
67 mg/L로서 중력농축조 슬러지 TP농도의 10배 이상으로 나타났다. 두 농축슬러지가 소화조로 유입된 후 소화를 거치는 과정에서 TP농도가 2052.92 mg/L에서 52.52 mg/L로 감소 하였다. 1차침전지로 반송되는 반류수의 유량은 하수처리장 유입유량에 비해 1/16 수준으로 적지만 TP농도는 431.
1(ⓒ)로나타났다. 따라서 인 회수공정의 도입에 가장 유리한 공정은 ⓑ (잉여농축조 상징액 + 잉여저류조 월류수)로, 공정구성 및 유지관리가 용이할 뿐만 아니라 평균에 가까운 유량및 TP농도를 나타내고 있으며, 도입 시 TP부하량 저감효과 또한 상대적으로 우수한 것으로 나타났다.
슬러지처리 계통은 대체로 발생량은 적지만 BOD, COD 및 SS 농도가 높게 나타났다. 또한 질소와 인이 농축되어 특히 높은 TN 및 TP 농도를 나타내었다. 2차침전지에서 발생하는 2차 잉여슬러지가 6,125 m 3 /d로 가장 양이 많았다.
5) 인 회수공정의 도입 가능성을 평가하기 위하여 대상 공정별로 유량, TP농도, TP부하량 및 SS농도 등에 대해 정량적으로 지표화하고, 이를 반류수 계통에 적용하였다. 반류수 계통 중 (잉여농축조 상징액 + 잉여저류조 월류수) 또는 탈수여액에 대하여 인 회수공정을 도입하는 것이 타당한 것으로 분석되었다. 특히, (잉여농축조 상징액 + 잉여저 류조 월류수)의 경우 양호한 TP부하량 개선 효과도 기대할수 있는 것으로 나타났다.
반류수를 대상으로 인 회수공정의 도입 가능성을 분석한 결과, SS가 5,000 mg/L 이하(Index_SS: good)인 대상공정은ⓑ (잉여농축조 상징액 + 잉여저류조 월류수) 및 ⓒ 탈수여 액인 것으로 나타났다. 두 대상공정의 유량에 대한 정량적 지표는 각각 0.
08 mg/L로 나타 났다. 방류수 TP농도 그래프를 보면 6월의 TP농도가 특히 높은 것으로 확인되었는데, 여름철에 MLE 공법의 생물반 응조에서 질산화 및 탈질이 활발해지면서 PAOs (phosphorus accumulating organisms)에 의한 인 제거 기능이 상대적으로 저하하는 데 기인하는 것으로 판단된다.
슬러지처리 시 중력농축조 슬러지와 잉여농축조 슬러지가 소화조로 함께 유입되어 처리된다. 소화조의 유입 TP부하량이 1570.6 kg/d인데 비해 유출 TP부하량은 20.1 kg/d로 큰 폭으로 감소하였다. 반류수 계통에서 TP부하량 4867.
슬러지처리 계통은 생농축슬러지, 분뇨연계, 2차 잉여슬 러지, 잉여농축슬러지, 소화조 유입슬러지 및 소화조슬러지로 구분하였다. 슬러지처리 계통은 대체로 발생량은 적지만 BOD, COD 및 SS 농도가 높게 나타났다. 또한 질소와 인이 농축되어 특히 높은 TN 및 TP 농도를 나타내었다.
유출 TP부하량은 반류수와 탈수케이크의 TP부하량을 더한 값에 해당한다. 슬러지처리 계통의 유입 및 유출 TP부하량이 같다고 가정하고 계산한 탈수케이크의 TP부하량은 655.6 kg/d으로 나타나 수처리 계통에서 산정한 탈수슬러지 986.1 kg/d에비해 330.5 kg/d만큼 적은 수치를 나타내었다. 이는 하수처 리시설의 각 단위공정에 상시 다량의 슬러지가 체류하고 있기 때문에 전체 시설의 운영전략에 따라 슬러지처리 계통의 TP부하 수지가 변동할 수 있음을 시사하는 것으로 판단된다.
먼저, 처리계통 및 단위공정의 측면에서는 ① 인 회수공정의 도입 가능 여부(부지 확보 가능성), ② 도입 공정의 소규모화 가능 여부, ③ 높은 인 회수효율 확보 여부, ④ 하수처리공정 전체의 인 부하 저감에 대한 기여 여부, ⑤ 유지관리의 용이 여부 및 ⑥ 경제성 등을 고려하고자 하였다. 위의 검토사항을 바탕으로 부지 확보가 가능하다는 전제 하에 대상물의 특성을 반영하여 종합함으로써, 최종적으로 ① 발생량이 적고, ② TP(또는 인산이온(PO 4-P))의 농도가 높고, ③ TP(또는 PO 4-P) 부하 량이 크고, ④ (대상물이 슬러지가 아닌 경우) 고형물함량 (SS, suspended solids)이 낮은 조건이 유리한 것으로 판정하였다.
인 회수를 위해서는 유량이 적을수록 유리하기 때문에 유량의 경우에는 역수(평균 유량/대상공정의 유량)를 지표로 활용하였다. 이상의 세 지표는 1에 근사할수록 평균과 유사한 값을 갖고 있음을 의미하고, 1보다 커질 수록 인 회수공정의 도입이 유리하며, 1보다 작아질수록 적용성이 낮아지는 특성을 갖는다. 공정 구성이 단순하고 유지관리가 용이하기 위해서 SS는 5,000 mg/L 이하가 적정한 것으로 판단하였다.
7과 같다. 탈수여액의 PO4-P농도 기준으로 Ca2+ 농도에 따른 제거 효율은 250 mg/L일 때 78.9%, 500 mg/L일 때 95.0% 및 1,000 mg/L일 때 97.9%로 나타나 인 제거 및 회수공정의 도입 가능성이 실험적으로 확인되었다. Ca 2+ 농도가 높을수록 인 제거효율이 높아졌으나 500 mg/L 이상의 농도에서는 추가적인 제거효율 상승이 미미하였다.
반류수 계통 중 (잉여농축조 상징액 + 잉여저류조 월류수) 또는 탈수여액에 대하여 인 회수공정을 도입하는 것이 타당한 것으로 분석되었다. 특히, (잉여농축조 상징액 + 잉여저 류조 월류수)의 경우 양호한 TP부하량 개선 효과도 기대할수 있는 것으로 나타났다.
후속연구
-P 및 TP가 95% 이상 제거되어 인 회수공 정의 도입 가능성을 확인하였다. HAP 생성반응을 극대화하고 응집 및 CaCO3 생성반응을 제어하기 위한 추가적인 실험연구 및 실용화 연구가 수반되어야 할 것이다.
단위 대상공정별 특성을 부연하면, ⓐ 중력농축조 상징액은 SS농도가 과도하게 높은 특성을 갖고 있고, ⓒ 탈수여 액은 대상공정의 유량이 적고 TP농도 또한 높지 않아, 전 체 하수처리공정의 TP부하량 개선에 미치는 영향에 한계가 있고(Index_load: 0.1), ⓓ 3차 약품슬러지는 상대적으로 SS농도가 높을 뿐만 아니라, 화학적 응집에 의한 약품슬러 지로서의 특성을 갖기 때문에 인 회수효율을 높이기 위한 별도의 연구개발이 필요하고, TP부하량 개선에도 한계가 있는 것으로 나타났다(Index_load: 0.3).
미세플럭은 (정석재 표면이 아니라) 수중에 형성된 미소한 HAP 생성물, Ca2+ 의 응집반응으로 생성된 마이크로 플럭 및 미세 탄산칼슘(CaCO3)의 혼합물일 것으로 판단된다. 특히, 본 실험조건에서와 같이 pH가 9 이상일 때 HAP 생성반응, 응집반응 및 CaCO3 생성반응이 동시에 진행되기 때문에 반응시간에 따른 제거효율은 신속하게 담보되는 한편 슬러지 생성량이 많아지는 것으로 보고되고 있으므로, 정석재 표면에 석출되는 HAP 생성반응을 극대화하고 응집및 CaCO3 생성반응을 적절한 수준 이하로 제어하기 위한 추가적인 실험연구가 수반되어야 할 것이다. 12,13)
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수중의 인은 어떤 현상을 유발하여 무엇을 발생시키는가?
수중의 인(P)은 부영양화를 유발하여 녹조현상을 발생시키는 원인이 되기 때문에 보통 제거해야 하는 불필요한 물질이라고 생각하기 쉽다. 그러나 인은 모든 유기생명체 구성의 필수원소로서, 유전자 정보전달을 담당하는 DNA (deoxyribonucleic acid) 및 에너지 공급원인 ATP (adenosine triphosphate)의 핵심 구성물질이다.
인은 무엇의 핵심 구성물질인가?
수중의 인(P)은 부영양화를 유발하여 녹조현상을 발생시키는 원인이 되기 때문에 보통 제거해야 하는 불필요한 물질이라고 생각하기 쉽다. 그러나 인은 모든 유기생명체 구성의 필수원소로서, 유전자 정보전달을 담당하는 DNA (deoxyribonucleic acid) 및 에너지 공급원인 ATP (adenosine triphosphate)의 핵심 구성물질이다. 1) 또한 인은 식품이나 비료 등의 원료로서도 널리 사용되고 있다.
우리나라가 인 순환 사회의 구축을 도모해야 할 이유는 무엇인가?
1) 또한 인은 식품이나 비료 등의 원료로서도 널리 사용되고 있다. 현재 세계적으로 인은 오직 인광석으로부터만 산업적으로 확보할 수 있으며, 총 매장량의 80%가 미국, 중국, 남아공 및 모로코 등에 편중되어 존재한다. 인광석의 생산량은 2001년부터 연 2.8%의 추세로 증가하고 있으며, 이러한 추세가 지속될 경 우 50년 이내에 고갈에 직면할 것으로 예측되고 있다. 2) 인광석의 전량을 수입에 의존하는 우리나라로서는 장기적이고 안정적으로 인 자원을 확보해야 한다. 이미 일본, 유럽 등의 선진외국에서는 하수처리시설에서 인 자원을 회수하는 공정개발 및 그 실용화를 추진하고 있다. 따라서, 우리 나라에서도 하수처리시설로부터 폐기되는 인을 회수하고, 재활용하는 핵심 요소기술을 시급히 개발함으로써 인 순환 사회의 구축을 도모할 필요가 있다.
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