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MAP 결정화 공정의 MgO 주입량 제어를 위한 최적 pH 결정
박나리 ( Park Nari ),장향연 ( Chang Hyangyoun ),장여주 ( Jang Yeoju ),미라툴매크피로 ( Miratul Maghfiroh ),임현만 ( Lim Hyunman ),정진홍 ( Jung Jinhong ),안광호 ( Ahn Gwangho ),김원재 ( Kim Weonjae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
약알칼리 조건에서 마그네슘이온(Mg<sup>2+</sup>)과 암모늄이온(NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 및 인산염인(PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>)은 1 : 1 : 1로 반응하여 MAP(MgNH<sub>4</sub>PO<sub>4</sub>·6H<sub>2</sub>O, struvite) 결정을 형성하며, 이는 비료로 활용가능하다. 하수처리시설반류수 중 특히 탈수여액은 고농도의 암모늄이온(NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 및 인산염인(PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>)을 함유하기 때문에 약알칼리 조건에서 Mg2+을 주입함으로써 MAP 결정을 형성하여 인을 제거, 회수할 수 있다. 본 연구에서는 MAP 결정화 플랜트(처리용량: 10m<sup>3</sup>/d)의 MgO 주입농도를 제어하기 위한 pH 컨트롤러의 최적 pH를 결정하고자 하였다. MAP 결정화 플랜트의 대상원수는 하수처리시설 내 소화슬러지 탈수여액이며, 마그네슘 공급 및 pH 조절을 위하여 MgO 현탁액을 pH 컨트롤러와 연동하여 주입하였다. 원수 성상은 102.1 - 125.8 mg/L PO4-P, 206.7 - 262.7 mg/L NH4-N, 37.2 - 41.6 mg/L Mg<sup>2+</sup>이었다. pH 컨트롤러의 설정 pH는 8.0, 8.2, 8.4, 8.6, 8.8로 조절하였고, 결정화조 내 혼합수가 설정 pH에 도달한 후 2시간 동안 운전하여 주입된 MgO 현탁액의 부피를 측정하였다. 유입수, 혼합수, 유출수를 채수하여 pH, T-P, T-N, PO4-P, NH4-N, Mg<sup>2+</sup>를 분석하였다. pH 컨트롤러의 설정 pH를 8.0 - 8.8로 조절했을 때, T-P, PO4-P 제거효율은 각각 26.4 - 83.0%, 26.4 - 92.3%로, T-N, NH<sub>4</sub>-N의 제거효율은 각각 4.3 - 18.8%, 7.8 - 20.5%로 pH에 따라 증가하였다. 이때 (주입 Mg<sup>2+</sup>)/(유입 P)의 몰비는 0.6 - 1.2로 조정되었다. Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 PO<sub>4</sub>-P와 NH<sub>4</sub>-N의 제거양은 0.46 - 0.70 (mol P removed)/(mol Mg<sup>2+</sup> feed), 0.58 - 0.70 (mol N removed)/(mol Mg<sup>2+</sup> feed)로 나타났다. pH 8.0을 제외한 pH 범위에서 Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 비슷한 인, 질소 제거양을 보였고, 인은 pH 8.2에서, 질소는 pH 8.4에서 가장 높은 분율로 제거되었다. 경제성을 검토하기 위한 방안으로 Mg<sup>2+</sup> 활용률(kg Mg<sup>2+</sup> consumed)/(kg Mg<sup>2+</sup> feed)을 계산하였다. Mg<sup>2+</sup> 활용률은 pH 8.0에서 103.8%로 나타나 주입한 Mg<sup>2+</sup> 양 이상의 Mg<sup>2+</sup>을 소비하였다. 또한 pH 8.4에서 96.8%로 높은 활용률을 보였으며, pH가 증가할수록 90.3%까지 감소하였다. MgO 제어기법으로 활용되는 pH 컨트롤러의 최적 pH를 pH 8.0 - 8.8 범위에서 조사한 결과, 유출수의 인 및 질소 농도를 저감하기 위해서는 pH 8.8까지 높이는 것이 바람직하였다. 그러나 Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 인, 질소의 제거량 및 잔류 Mg<sup>2+</sup> 농도를 제어하기 위하여 pH 8.2 - 8.4 조건이 유리한 것으로 판단되었다.
MAP 결정화 공정의 MgO 주입량 제어를 위한 최적 pH 결정
박나리 ( Park Nari ),장향연 ( Chang Hyangyoun ),장여주 ( Jang Yeoju ),미라툴매크피로 ( Miratul Maghfiroh ),임현만 ( Lim Hyunman ),정진홍 ( Jung Jinhong ),안광호 ( Ahn Gwangho ),김원재 ( Kim Weonjae ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
약알칼리 조건에서 마그네슘이온(Mg<sup>2+</sup>)과 암모늄이온(NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 및 인산염인(PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>)은 1 : 1 : 1로 반응하여 MAP(MgNH<sub>4</sub>PO<sub>4</sub>·6H<sub>2</sub>O, struvite) 결정을 형성하며, 이는 비료로 활용가능하다. 하수처리시설반류수 중 특히 탈수여액은 고농도의 암모늄이온(NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) 및 인산염인(PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>)을 함유하기 때문에 약알칼리 조건에서 Mg2+을 주입함으로써 MAP 결정을 형성하여 인을 제거, 회수할 수 있다. 본 연구에서는 MAP 결정화 플랜트(처리용량: 10m<sup>3</sup>/d)의 MgO 주입농도를 제어하기 위한 pH 컨트롤러의 최적 pH를 결정하고자 하였다. MAP 결정화 플랜트의 대상원수는 하수처리시설 내 소화슬러지 탈수여액이며, 마그네슘 공급 및 pH 조절을 위하여 MgO 현탁액을 pH 컨트롤러와 연동하여 주입하였다. 원수 성상은 102.1 - 125.8 mg/L PO4-P, 206.7 - 262.7 mg/L NH4-N, 37.2 - 41.6 mg/L Mg<sup>2+</sup>이었다. pH 컨트롤러의 설정 pH는 8.0, 8.2, 8.4, 8.6, 8.8로 조절하였고, 결정화조 내 혼합수가 설정 pH에 도달한 후 2시간 동안 운전하여 주입된 MgO 현탁액의 부피를 측정하였다. 유입수, 혼합수, 유출수를 채수하여 pH, T-P, T-N, PO4-P, NH4-N, Mg<sup>2+</sup>를 분석하였다. pH 컨트롤러의 설정 pH를 8.0 - 8.8로 조절했을 때, T-P, PO4-P 제거효율은 각각 26.4 - 83.0%, 26.4 - 92.3%로, T-N, NH<sub>4</sub>-N의 제거효율은 각각 4.3 - 18.8%, 7.8 - 20.5%로 pH에 따라 증가하였다. 이때 (주입 Mg<sup>2+</sup>)/(유입 P)의 몰비는 0.6 - 1.2로 조정되었다. Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 PO<sub>4</sub>-P와 NH<sub>4</sub>-N의 제거양은 0.46 - 0.70 (mol P removed)/(mol Mg<sup>2+</sup> feed), 0.58 - 0.70 (mol N removed)/(mol Mg<sup>2+</sup> feed)로 나타났다. pH 8.0을 제외한 pH 범위에서 Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 비슷한 인, 질소 제거양을 보였고, 인은 pH 8.2에서, 질소는 pH 8.4에서 가장 높은 분율로 제거되었다. 경제성을 검토하기 위한 방안으로 Mg<sup>2+</sup> 활용률(kg Mg<sup>2+</sup> consumed)/(kg Mg<sup>2+</sup> feed)을 계산하였다. Mg<sup>2+</sup> 활용률은 pH 8.0에서 103.8%로 나타나 주입한 Mg<sup>2+</sup> 양 이상의 Mg<sup>2+</sup>을 소비하였다. 또한 pH 8.4에서 96.8%로 높은 활용률을 보였으며, pH가 증가할수록 90.3%까지 감소하였다. MgO 제어기법으로 활용되는 pH 컨트롤러의 최적 pH를 pH 8.0 - 8.8 범위에서 조사한 결과, 유출수의 인 및 질소 농도를 저감하기 위해서는 pH 8.8까지 높이는 것이 바람직하였다. 그러나 Mg<sup>2+</sup> 주입량 대비 인, 질소의 제거량 및 잔류 Mg<sup>2+</sup> 농도를 제어하기 위하여 pH 8.2 - 8.4 조건이 유리한 것으로 판단되었다.