실규모 하수처리장에서 총인 처리 효율 향상을 위한 응집제의 적용성 평가 = Evaluation of Coagulant Applicability for Enhancing Total Phosphorus Removal Efficiency in Full-scale Wastewater Treatment Plant

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study examined the selection and application of an appropriate coagulant to improve water quality in the total phosphorus (TP) treatment facility of a wastewater treatment plant located in S City. The facility was using a chemical treatment process with 17% inorganic polymer coagulant, polyaluminum chloride (PAC). During the winter season, the low solubility and reduced alkalinity of the 17% PAC decreased its reactivity, leading to sludge formation and clogging of the chemical feed lines. Jar test results indicated that a higher-basicity 10% PAC offered superior performance in solid-liquid separation, and applied to a full-scale TP treatment system utilizing the swirling-flow dissolved air flotation (S-DAF) process. Operational data from year 2019 to 2021, when 17% PAC was used, were compared with data from year 2022 to 2024, after switching to 10% PAC. Following the implementation of 10% PAC, chemical usage decreased but overall chemical costs increased due to the higher unit price of the coagulant. Since year 2021, the influent TP concentration has risen, resulting in increased chemical consumption. High-basicity 10% PAC was found to be more effective than the 17% PAC in enhancing water quality and operational stability, making it a favorable alternative for wastewater treatment facilities.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 S시 소재의 하수처리장의 총인(TP) 처리 시설에서 수질 개선을 위해 적합한 응집제의 선정과 적용 방안을 검토하였다. 해당 시설에서는 17% 무기 고분자인 폴리알루미늄 클로라이드(PAC)를 이용한 화학적 처리법을 사용하고 있었다. 그러나 겨울철에는 17% PAC의 낮은 용해도와 염기성 부족으로 인해 반응성이 저하되고, 이로 인해 침전물과 응집제 공급라인의 막힘 문제가 발생하였다. 자테스트 시험 결과, 염기성이 높은 10% PAC가 고체-액체 분리와 침전 성능 면에서 우수하여 와류흐름용존공기부상법 (Swirling-flow dissolved air flotation)을 사용하는 대규모 TP 처리 시설에 적용하였다. 2019년부터 2021년까지는 17% PAC를 사용한 운영 데이터와, 2022년부터 2024년까지는 10% PAC로 변경 된 데이터를 비교 분석하였다. PAC 10% 적용 후 약품 사용량은 감소하였으나, 응집제 단가가 상승하여 전체 약품비는 증가하는 경향을 보였다. 2021년 이후 유입수 TP 농도가 상승함에 따라 약품 사용량도 증가하였다. 본 연구는 고염기성 10% PAC가 기존 17% PAC 대비 수질 개선 및 안정성 향상에 효과적이며, 오염물질 제거 성능과 함께 운영 비용 측면에서도 유리함을 확인해 주었다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• [그림 차례] i
• [표 차례] ii
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구목적 2
• 제 2 장 문헌연구 3
• 2.1 인 처리 필요성과 제거 원리 3
• 2.1.1 생물학적 인 제거 3
• 2.1.2 화학학적 인 제거 4
• 2.2 BSTS-Ⅱ공법 5
• 2.2.1 BSTS-Ⅱ공법 개요 5
• 2.3 S-DAF 공법 6
• 2.3.1 S-DAF 공법 개요 6
• 2.3.2 총인처리공법의 종류 8
• 2.4 응집 9
• 2.4.1 응집의 개요 9
• 1) 콜로이드 입자 9
• 2) 콜로이드 입자의 움직임 10
• 3) 콜로이드 입자에 의한 탁도현상 발생 이유 10
• 4) 콜로이드 입자의 응집 10
• 제 3 장 연구내용 및 방법 12
• 3.1 연구대상시설 12
• 3.1.1 연구대상시설 개요 12
• 3.1.2 연구대상시설의 유입 및 방류량 15
• 3.1.3 수질 분석 방법 16
• 3.2 Jar-test 실험방법 17
• 제 4 장 결과 및 고찰 18
• 4.1 연구대상시설 Jar-test 결과 18
• 4.2 연구대상시설 약품교체 적용 결과 21
• 4.2.1 약품교체 후 약품 사용량 및 약품비 변화 21
• 4.2.2 실규모 총인처리시설의 운영결과 22
• 제 5 장 결론 30
• [참고 문헌] 32