일체형 고속응집침전을 적용한 하수내 오염물질 저감에 관한 연구

채홍진 서울시립대학교 2011 국내석사

지하수내 비소의 산화형태에 따른 응집/침전 처리시 공존이온의 영향

김다향 서울시립대학교 도시과학대학원 2023 국내석사

In South Korea, approximately 63% of the total land area is covered by mountainous terrain, and due to the short length of rivers and localized rainy seasons (June to September), the importance of groundwater in supplying a consistent quantity of water is significant. However, contamination of groundwater by arsenic in soils and underground sources has been confirmed due to past mining activities. The Ministry of Environment analyzed groundwater in over 700 locations nationwide and found significant areas where arsenic concentrations exceeded 10 μg/L. Arsenic has an acute lethal dose ranging from 22 to 121 mg As/kg, and even chronic exposure to low concentrations is reported to induce cancer in organs such as the lungs, liver, and skin. Due to the toxicity of arsenic, the drinking water quality standard in South Korea was revised from 50 μg/L to 10 μg/L in 2011. However, the water quality standard for groundwater, which is still used for domestic and agricultural purposes, remains at 50 μg/L. It has been reported that arsenic at high concentrations in crops such as rice has been observed through the biological accumulation process in aquatic environments. Currently, the confirmed concentrations of arsenic contamination in domestic groundwater mostly range from 10 to 150 μg/L. Furthermore, groundwater contains various coexisting ions depending on soil composition, and their distribution varies according to soil conditions and localized contamination. Such low-level arsenic in groundwater poses a high potential for bioaccumulation in the human body through the consumption of drinking water and intake of agricultural crops. In this study, the influence of coexisting ions on the coagulation and precipitation method for treating arsenic in water was evaluated. The oxidation state of arsenic, the type and dosage of coagulants, and the removal efficiency at different coexisting ion concentrations were compared to determine the optimal coagulation and precipitation conditions. Additionally, treatment efficiency based on the arsenic oxidation state was compared to determine the reasons for the incomplete removal of arsenic via conventional coagulation and precipitation processes. Coexisting ions commonly found in polluted waters, including nitrate, sulfate, phosphate, and humic acid, were experimentally tested at different concentrations to assess their influence on coagulation and precipitation. Comparative experiments using three coagulants–aluminum hydroxide (alum), poly‑aluminum chloride (PAC), and polymeric aluminum silicate sulfate (PASS)–for different oxidation states of arsenic showed that the removal efficiency for arsenic (V) was consistently above 99% regardless of the coagulant type; however, for arsenic (III), the treatment efficiency varied depending on arsenic concentration and coagulant type. At an arsenic (III) concentration of 0.5 mg/L, the maximum removal efficiency was 50.4% with alum, 77.8% with PAC, and 52.6% with PASS at dosages of 30, 30, and 20 mg/L, respectively. At an arsenic (III) concentration of 5 mg/L, the maximum removal efficiencies were 60.9% with alum, 69.5% with PAC, and 60.8% with PASS at dosages of 20, 30, and 30 mg/L, respectively. In comparative experiments with four coexisting ions (nitrate, sulfate, phosphate, and humic acid) at different concentrations, arsenic (V) showed minimal influence. At an arsenic (III) concentration of 0.5 mg/L, the treatment efficiency increased when coexisting ions were present at concentrations of 10-50 mg/L; however, at a concentration of 5 mg/L, the treatment efficiency decreased with the presence of coexisting ions in the same concentration range. Additionally, treatment efficiency was reduced when the concentration of coexisting ions exceeded 100 mg/L, regardless of arsenic (III) concentration. Based on these experimental results, arsenic (V) exhibited low sensitivity to the coagulant type and coexisting ions, showing consistently high treatment efficiency. The remaining ineffectively treated arsenic after the coagulation and precipitation processes is likely to predominantly be arsenic (III). Therefore, enhanced treatment efficiency is recommended using pre-oxidation processes, such as disinfection and pre-oxidation before coagulation and precipitation. Thus, the appropriate treatment of arsenic is considered to involve oxidation and coagulation-flocculation, based on the oxidation state of arsenic and the physicochemical properties of water. 우리나라는 국토 면적의 63 %가 산악지형으로 유로연장이 짧고 국지적인 우기(6~9월)에 유입량이 편중됨에 따라 일정수량을 지속적으로 공급할 수 있는 지하수의 중요성은 매우 크다고 할 수 있다. 그러나 과거 각종 광산의 개발로 인하여 토양 및 지하수 등에서 비소에 의한 지하수의 오염이 확인되고 있다. 환경부에서 전국 700여 곳의 지하수를 분석한 결과, 비소농도가 10 ㎍/L이상 검출되는 지역이 상당한 것으로 확인되었다. 이러한 비소는 급성 치사량은 22~121 mg As/kg이며, 저농도 만성 노출시에도 폐, 간, 피부 등에 암을 유발한다고 보고되고 있다. 비소의 독성으로 인해 국내에서는 2011년에 먹는물 수질기준을 50 ㎍/L에서 10 ㎍/L로 개정하였다. 하지만 아직까지도 생활용수, 농업용수로 사용되는 지하수의 수질기준은 50 ㎍/L이며, 수중 비소는 생물농축 과정을 통해 벼 등 농작물에서 높은 농도의 비소가 보고된 바 있다. 현재 국내 지하수의 비소 오염으로 확인된 농도는 대부분 10 ~ 150 ㎍/L이다. 또한 지하수는 토양의 조성에 따라 다양한 공존이온이 존재하며 그 분포는 토양의 조건 및 국지적 오염에 따라 상이하다. 이러한 수중 내 저농도 비소는 음용수, 농어업용수로 사용되어 식음하거나 농작물 섭취함으로써 인체에 생물농축될 가능성이 높다. 따라서, 본 연구에서는 수중 비소를 응집‧침전공법으로 처리할 때 지하수에 공존하는 이온에 따른 처리효율의 영향을 평가하였다. 비소의 산화수, 응집제 종류 및 주입량, 공존이온 농도별 제거효율을 비교하여 최적의 응집침전 방법을 고찰하였다. 또한 비소의 산화수에 따른 처리효율을 비교함으로써 기존 응집침전 처리시 제거되지 않은 비소의 원인을 확인하였다. 공존이온은 흔하게 발견되는 수중 공존물질인 질산이온, 황산이온, 인산이온, 휴믹산을 농도별로 실험하여 비소의 응집‧침전처리시 영향을 검토하였다. 응집제 3가지(Alum, PAC, PASS)를 통해 비소의 산화형태별 비교 실험한 결과, 비소(Ⅴ)는 응집제 종류와 상관없이 처리효율이 99 %이상의 높은 처리효율이 확인되었다. 그러나 비소(Ⅲ)는 비소의 농도, 응집제의 종류에 따라 처리효율이 달라지는 것으로 확인되었다. 비소(Ⅲ) 0.5 mg/L일 때 Alum 응집제의 제거효율은 Alum 주입량 30 mg/L에서 50.4 %, PAC 주입량 30 mg/L에서 77.8 %, PASS 주입량 20 mg/L일 때 52.6 %로 최대 처리효율이 나타났다. 비소(Ⅲ) 5 mg/L일 때 Alum 주입량 20 mg/L에서 60.9 %, PAC 주입량 30 mg/L에서 69.5 %, PASS 주입량 30 mg/L일 때 60.8 %로 최대 처리효율을 나타났다. 공존이온 4가지(질산이온, 황산이온, 인산이온, 휴믹산)을 농도별로 비교 실험한 결과, 비소(Ⅴ)의 응집‧침전시 공존이온에 대한 영향이 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 공존이온과 Alum의 용해도적 등 비교 하였을 때 비소(Ⅴ)의 응집‧침전 기작은 화학반응을 통한 비산알루미늄(Aluminum arsenate) 등 침전 형태이기 때문으로 판단된다. 비소(Ⅲ) 0.5 mg/L에서는 공존이온이 10 ~ 50 mg/L 공존시 처리효율이 소폭 상승하였나, 비소(Ⅲ) 5 mg/L에서는 공존이온이 10 ~ 50 mg/L 공존시 처리효율이 감소되는 것으로 나타났다. 또한 비소(Ⅲ)의 농도와 상관없이 공존이온의 농도가 100 mg/L 이상일 경우 처리효율이 저하되는 것으로 나타났다. 본 실험결과에 따르면 비소(Ⅴ)는 응집제의 종류, 공존이온에 대한 영향이 낮으며 매우 높은 처리효율을 보인다. 즉, 비소로 오염된 물을 적정 응집‧침전시 처리되지 않는 비소는 비소(Ⅲ)의 비율일 가능성이 높은 것으로 판단된다. 이에, 응집침전공법을 적용하였으때 적정 처리되지 않는 비소를 처리하기 위해서는 응집‧침전 전에 소독, 폭기 등의 산화처리 공정을 추가하면 처리효율 향상을 유도 할 수 있을 것으로 판단된다.

화학적 응집 침전을 이용한 침출수 및 축산폐수의 처리

金光均 군산대학교 2003 국내석사

Crystallization method such as struvite or hydroxyapatite formation is one of the promising methods in removing nitrogen and phosphorus simultaneously recalcitrant wastewater. In these methods, Alkali is necessary in increasing pH because crystallization is occurred in high pH condition. NaOH has been traditionally used as alkali agent. On view of economic point, lime is cheaper than NaOH. On this experiment, the feasibility of lime dose instead of NaOH was studied. Using swine wastewater and leachate from landfill site, the feasibility of removing nutrient salts through struvite formation and the feasibility of using seawater or bittern as magnesium source in chemical coagulation process. The results obtained from this experiments were summarized as follows. 1. When lime is used as alkali agent instead of NaOH, it is evident that struvite can not be formed because calcium ion presented in lime consumed phosphorus before struvite formation. 2. When seawater-lime coagulation process was applied to swine wastewater, the removal efficiency of ammonia-nitrogen showed 5374%. When bittern was used instead of seawater, the removal efficiency of ammonia-nitrogen ranged from 41% to 78%. In leachate treatment, ammonia-nitrogen removal efficiency showed 29%-52% and 36%-56%, when seawater-lime coagulation method and bittern-lime coagulation method were applied, respectively. In view of stoichiometric balance, it is evident that the main mechanism of ammonium removal was not struvite formation but ammonia stripping. 3. In case of chemical coagulation method using seawater or bittern as magnesium source and lime as alkali agent, COD removal efficiency of swine wastewater ranged from 61% to 79%. it is evaluated that such a removal efficiency is somewhat higher than removal efficiency by struvite formation. Accordingly, seawater-lime or bittern-lime coagulation process can be promising process for simultaneous treatment of nitrogen , phosphorus, COD when considering economic benefit. 4. When lime is used as alkali agent, phosphorus was removed completely because phosphorus was removed prior to struvite formation. 5. Optimum dosage of seawater was 5%, when the process performance was evaluated based on NH3-N, phosphate, COD removal efficiency. 6. NaCl concentration was calculated as 1500 mg/L, based on 5% seawater addition. Accordingly, biological inhibition due to salt concentration can be neglected in following biological treatment system. 7. It is evaluated that sludge recirculation without incineration prior to recycle is useless in view of process performance.

초고속 응집 침전 공정에서의 인의 제거에 대한 연구

조경철 인하대학교 대학원 2000 국내석사

본 연구는 초고속 응집 침전(URC; Ultra Rapid Coagulation)공정에 의해 제거되는 인의 형태를 확인하기 위해 가중(加重) 응집제(유리 점토, bentonite)와 슬러지의 반송량을 변화에 초점을 맞추어 수행되었다. URC 공정은 가중 응집제와 침전판을 이용하여 월류 부하율을 12~20 ㎥/㎡/hr로 증가시킬 수 있다. 따라서 시간에 따라 변화가 심한 우수 유출수를 빠른 속도로 처리할 수 있으므로 비점 오염원으로부터 유입되는 영양물질의 제어가 가능하며, 특히 부영양화의 제한 인자로 작용하는 인을 90 % 이상 제거 가능하다. 본 연구는 jar test에서 수행되었으며 인공(人工) 조제수(調製水)를 이용하여 가중 응집제의 량과 슬러지 반송량을 변화시키면서 수행되었다. 인의 제거량은 pH 6에서 8의 범위에서 pH에 무관하였으나 낮은 pH(pH 5)에서는 매우 낮은 제거 효율을 보였으며, 인의 제거 형태는 AlPO_(4), A1_(x)(PO_(4))_(y),(OH)_(z),와 Al(OH)_(3)로의 흡착으로 인한 것임을 알 수 있었다. 가중 응집제는 반응 중 생성되는 용해성 aluminium phosphate hydroxide complex를 흡착하며 처리 효율을 높일 수 있었다. 또한, 반송 슬러지 중에 포함된 Al(OH)_(3)와 용해성 알루미늄 화학종에 의해시 인이 제거됨을 알 수 있었다. 가중 응집제를 응집제 주입 이후에 주입하여 금속이온과 인산염과의 반응 기회를 증가시킴으로써 처리수의 인 농도 수준을 낮출 수 있었다. 응집제를 다단 주입으로는 처리수의 용해성 인의 제거 효율은 높일 수 있었으나, 반면 충 인의 처리 효율은 크게 저하되었다. 따라서 최적의 인 제거 효율은 최적의 고액 분리를 통하여 얻어지므로 응집효율을 고려하는 것이 중요하였으며 이러한 실험 결과로 URC 공정의 가중 응집 제 주입과 슬러지 반송을 통하여 인 제거 효율을 더욱 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다. This study was conducted to evaluate type of phosphorus removed by Ultra Rapid Coagulation(URC) process with regard to varying concentration of the weighted flocculation agent(WFA; i.e., glass, clay, bentonite) and sludge return ratio. URC process consisted of lamella, which can increase an upflow velocity by 12~20㎥/㎡/hr In conjunction with the WFA. This process can control nutrients occurred from non point source as It is facilitating temporally varied storm water Especially, the URC process showed that phosphorus, eutrophication limiting factor, can be removed up to as high as 90%. A number of jar tests were performed on the varying concentration of phosphorus prepared in the laboratory as WFA and sludge return ratio were varied. The level of phosphorus removed was not dependent on pH ranging from 6 to 8 showing 85%, but it revealed the lowest at 15%(PH 5). It was found that phosphate removed formed AlPO_(4), Al_(x)(PO_(4))_(y)(OH)_(z) and Al(OH)_(3) adsorbed. It indicates that the WFA may dominantly adsorb soluble aluminium phosphate hydroxide complex. In addition, the return sludge containing Al(OH)_(3) and soluble aluminium species, would adsorb phosphates. From these result, the level of phosphorus can significantly be removed as the WFA were dosed following by coagulant(alum) addition. It simply means that it can increase metal ion reaction chance with phosphate. Step injections of coagulant(alum) on the other hand, can remove much more soluble phosphorus, as high as 95% while total phosphorus was removed as low as 80%. It indicate that the coagulation efficiency was lowered. For increasing removed phosphorus In coagulation process, it must be optimized coagulation. It is concluded that the WFA and return sludge can contribute to enhanced phosphorus removed by employing URC.

활성탄흡착 및 응집침전을 이용한 메탈에칭공정 방류수의 유기물 제거특성 연구

하동환 영남대학교 대학원 2013 국내석사

Since organic matters cause disinfection by-products and depletion of dissolved oxygen, and environmental hormones and toxic organics can disrupt the ecosystem, various organic fractionation methods have been developed to remove them efficiently. In this study, removal characteristic for organic fractions of activated carbon adsorption, coagulation and Fenton oxidation depending on their hydrophobicity and polarity are studied by using synthetic resins. Results of this study was obtained as follow; 1. Hydrophobics, non-ionic hydrophilics, anionic hydrophilics and cationic hydrophilics were 63.8%, 23.2%, 4.3% and 8.7%, respectively, in 100.1mg/L as TOC(Total organic carbon) of the effluent from metal etching process. 2. GAC(Granular activated carbon) totally removed hydrophobics and non-ionic hydrophilics, and also adsorbed 95% cationic hydrophilics. It may be caused by polyaromatic structure and acidic functinal group of activated carbon. 3. Coagulation removed anionic hydrophilics thoroughly with cationic compounds including ferric dimer. And its removal efficiency of hydrophilics was grater than that of hydrophobics. It may come from dominant static electrical flocculation due to absence of natural organic matters. 4. Decreased hydrophobicity of organics by partial oxidation using Fenton process consumed the adsorbability of GAC. 5. As mentioned above, activated carbon adsorption and coagulation removed different fraction of organics. Therefore, coagulation followed by GAC process was tested. It revealed high removal efficiency of 98.8% for organics in the effluent from metal etching process. 유기물은 수계에서 용존산소 고갈, 소독부산 물생성, 환경호르몬류와 독성유기물에 의한 생태계 교란 등 다양한 문제를 일으키므로, 이를 효과적으로 제거하기 위한 유기물 분류법이 개발·적용되고 있다. 본 연구에서는 메탈에칭공정 방류수에 포함된 유기물을 중합체수지와 이온교환수지를 이용하여 특성별로 분류함으로서, 활성탄 흡착, 응집침전, 펜톤산화의 개별공정과 연계공정이 가지는 유기물특성별 제거특성을 조사하였다. 메탈에칭공정 방류수의 TOC(Total Organic Carbon)는 100.1mg/L로 나타났고, 이는 각각 63.8%, 23.2%, 4.3%, 8.7%의 소수성유기물, 비이온친수성유기물, 음이온친수성유기물 및 양이온친수성유기물로 구성되어있었다. 이를 대상으로 각 공정의 유기물특성별 제거특성을 조사한 결과, 활성탄흡착은 소수성유기물과 비이온친수성유기물을 모두 제거하였고, 양이온친수성유기물도 95% 제거하였다. 이러한 유기물 제거능력은 활성탄의 방향족중합체구조와 표면산성작용기에 의한 것으로 판단된다. 철염응집침전을 통해 음이온친수성유기물을 완전히 제거할 수 있었고, 이는 응집제가 생성하는 양전하를 띄는 물질의 정전기력에 기인하는 것으로 사료된다. 또한 응집침전에서 친수성유기물 제거율 52.4%에 비해 소수성유기물 제거율이 16.0%로 낮게 나타났는데, 이는 응집침전공정이 소수성유기물 일부를 제거하는 일반적으로 연구결과와는 상반된다. 이러한 현상은 메탈에칭공정 방류수에는 일반적인 시료들과는 달리 NOMs(Naruarl Organic Matters)이 존재하지 않아, 입자간 물리적 충돌에 의한 응집보다는 정전기력에 의한 응집이 우세하였기 때문으로 판단된다. 펜톤산화에 의한 유기물의 부분산화는 일부 소수성유기물을 친수성유기물로 전환하여, 활성탄이 가지는 유기물흡착능의 소진을 촉진하는 것으로 나타났다. 이는 유기물표면 산성작용기의 생성으로 인한 영향으로 보인다. 상기 결과들을 토대로 각기 다른 유기물제거특성을 가지는 응집침전과 활성탄흡착 공정을 연계하여, 그 유기물제거특성을 조사하였다. 그 결과, 응집침전-활성탄흡착 공정은 메탈에칭공정 방류수에 대해 98.8%의 높은 유기물 제거율을 얻을 수 있었다.

총인 처리시 원수특성에 따른 응집제 주입방법의 최적화 연구

고병곤 서울시립대학교 도시과학대학원 2012 국내석사

국내의 하수처리시설은 총인을 제거하기 위해 생물학적 고도처리에 의존해 왔다. 그러나 2012년부터 지역구분에 따라 강화되는 총인의 수질기준을 만족하기 위해서는 화학물질을 이용한 추가적인 인 처리시설을 적용할 필요성이 대두되었다. 현재 국내 대부분의 하수처리시설에서는 황산알루미늄(Aluminium Sulfate, Alum)이나 폴리염화알루미늄(Poly Aluminum Chloride, PAC)과 같은 알루미늄계 응집제를 사용하고 있다. 이러한 알루미늄계 응집제는 인산염인 뿐만 아니라 수중의 유기물, OH-와 결합하여 응집제의 실제 사용량이 더 많은 것으로 알려져 있으며, 응집제의 과다한 사용은 알루미늄 성분의 높은 잔류성으로 인한 문제, 비용의 증가, 비침전성 floc과 폐슬러지의 과도한 발생 등 다양한 문제를 유발한다. 따라서 본 연구에서는 응집제의 최적 주입조건 평가를 위하여 현재 국내에서 운영되고 있는 하수처리시설의 생물학적 처리수를 이용하여 서로 다른 농도의 Alum(as Al2O3 7%)과 PAC(as Al2O3 17%)주입을 통해 Jar-Test 및 Pilot-Test를 진행 하였으며, 연구를 통해 도출된 결과를 바탕으로 응집효율 및 침전성을 비교․평가하여 각 원수 수질특성별 최적화된 반응조건을 제시하였다. 그 결과 동일한 응집제의 경우에는 몰비와 비례하여 응집효율이 높은 것으로 나타났으며, 용존성 비율이 높은 A하수처리시설의 경우 Alum이, 입자성 비율이 높은 B하수처리시설의 경우 PAC이 높은 처리효율을 나타내었다. 응집효율을 높이기 위해 Alum과 PAC응집제의 혼합주입 및 침전시간 감소를 위한 마이크로샌드 3.5mg/L와 폴리머 1mg/L의 혼합주입 등의 조건으로 추가 실험을 진행하였으며, 그 결과 단일 응집제 주입에 비해서 Alum과 PAC를 혼합 주입하는 경우 제거효율이 10~20% 향상되어 혼합주입의 적정성을 확인하였다. 또한, 마이크로샌드와 폴리머 등의 응집보조제를 주입하는 것은 미주입에 비해 플럭 형성을 양호하게 하여 침전시간을 단축시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 경제성을 고려한 지표로 EI값을 제시하였으며, EI값은 T-P 1g을 제거하기 위한 처리비용으로 산출하였다. Pilot-Test 결과 EI값은 응집제 단독주입시 10.5원/Prevg, 혼합주입시 9.8원/Prevg으로 혼합주입이 6.7% 경제적인 것으로 산정되었다. 앞서 실험한 결과에 대한 검증을 위해 Pilot-Test를 수행한 결과 Jar-Test 결과와 동일하게 응집제 혼합주입이 처리효율 및 경제성이 우수함을 재확인 하였다. 본 연구에서는 현재 국내에서 운영 중인 하수처리시설의 생물학적 처리수를 대상으로 최적화된 응집제 주입방법 및 주입률, 응집보조제 주입 효과를 실험을 통해 도출하였으며, 이와 같은 연구결과가 총인 방류수수질기준 강화에 따른 하수처리시설의 효율적인 운영에 도움이 될 것으로 판단된다. Domestic wastewater treatment plants have been depending on biological treatment mechanism to remove total phosphorus. However, supplementary phosphorus treatment facility using chemical addition should be required almost all of WWTPs to meet enhanced total phosphorus effluent standards. Nowadays most of WWTPs in Korea was using Al-coagulant that aluminum sulfate(Alum) or poly aluminum chloride(PAC). Al-coagulant is combined not only phosphate but organic, OH- to produce unsoluble sludge therefore Al-coagulant addition should be more required. Dosing of non-optimal coagulant makes several problems that residual aluminum, increasing chemical cost, producing non-precipitation floc and substantial amount of additional sludge. This study conducted Jar-Test and Pilot-Test using WWTPs effluents for optimal coagulants addition and producing precipitable floc to removal phosphorus by different amount of coagulant dosing. In case of same coagulant increased coagulation efficiency in proportion to coagulant addition mole ratio, amount of coagulant dosing is optimized 4mole ratio. Additionally, this study conducted Alum and PAC co-dosing test and microsand and polymer co-dosing test. As a result, in case of Alum and PAC co-dosing increased coagulation efficiency in proportion to single coagulant addition, and dosing coagulant aids such as microsand and polymer increased settling performance. The value of EI is for fulfilling both economic effects and efficiencies simultaneously by factorial design. It is computed by multiplying the removed concentration of T-P by the cost of coagulant usage. As a result the mixture injection of 1 mol of Alum with 2 mol of PAC is figured out. This study suggests optimal coagulant type and amount of dose through Jar-Test and Pilot-Test of already operated WWTPs secondary clarifier effluents. This result contributes to efficient operation of WWTPs by enhanced total phosphorus effluent standards.

응집침전, 부상분리 및 펜톤산화를 이용한 축산폐수 전처리 연구

정성욱 경상대학교 대학원 2006 국내박사

Livestock wastewater which contains excrement and urine of livestock and washing water has not only high density and viscosity but also particulate solid materials. To achieve high removal efficiency in a biological treatment process for this wastewater, it is necessary to separate solid materials from liquid wastewater in the pretreatment process. In this study, pretreatment system for solid-liquid separation and optimum operation conditions of each pretreatment system was searched by investigating the characteristics of livestock wastewater generated from G city of Gyeongnam and pretreatment system of public livestock wastewater treatment plants in Korea. The livestock wastewater amounts generated from G city were 2,733 m3/d and 89% of them were from pigs. This wastewater contained high level of dissolved and persistent organic matter such as VSS/SS 74%, SCODCr/TCODCr 74%, and CODMn/TCODCr 22%. And the most of public livestock wastewater treatment facilities had composed of total impurities remover and centrifugal separator system, but had not kept constant removal efficiency. To improve biological treatment efficiency, three stages of pretreatment system has been recommended as : total impurities remover to remove impurities for first stage, centrifugal separator for solid-liquid separation for second stage, and coagulation, flotation, and Fenton oxidation for the third stage. In this study, the optimum operational conditions were investigated for the third stage solid-liquid separation such as coagulation, flotation, and Fenton oxidation by using laboratory scale batch experiment and continuous pilot plant research. The results were summarized as follows ; 1. Coagulation precipitation efficiency had the following order ; FeCl3 (1000mg/L)> PAC(1500mg/L) > Alum(1500mg/L) for their optimum dosing amount. In case of polymer coagulant, only cationic polymer coagulant had an effect on coagulation with 200 mg/L of optimum dosage amount. Combined coagulant mixed with inorganic and cationic polymer coagulants showed the highest removal efficiency. The optimum combined coagulant amounts were 500 mg/L of inorganic coagulant and 25 mg/L of cationic polymer coagulant. 2. The optimum operational conditions for flotation using DAF were 400% of recycle ratio, 4 atm and pH 4. In addition to 500 mg/L of Alum, 50 mg/L of cationic polymer coagulant had proper operational condition for the flotation followed by coagulation with combined coagulants. 3. Fenton oxidation to achieve removal of persistent organic materials and separation of solid-liquid had the optimum efficiency at the condition of initial pH 4, 10:1 of H2O2/Fe2+ dosing rate, 5,000/500 mg/L of H2O2/Fe2+ dosing amount, and Ca(OH)2 as counteragent. 4. As results from laboratory experiments, the removal efficiency of SS and CODCr were 79% and 50% for coagulation-precipitation, 87% and 61% for flotation, and 84% and 43% for Fenton oxidation, respectively. Flotation showed the highest efficiency but all of these three processes might be applied for the pretreatment of livestock wastewater as solid-liquid separation. 5. In the pilot plant research using Fenton oxidation, the removal efficiency of BOD and COD was about 50%. TS increased after Fenton oxidation due to the addition of chemicals. Sulfate ion causing the increase of TS seems to have disadvantage for degradation of organic matter because of low ratio of COD/SO42-. On the other hand, ferric ion might not have adverse effect on the next step anaerobic biological process by making precipitation from reaction of iron reducing bacteria and other iron oxides and improving activation of anaerobic microorganism.

凝集混和工程을 이용한 高濁度 터널廢水의 處理特性

김희영 동아대학교 대학원 2012 국내석사

응집혼화공정을 이용한 고탁도 터널폐수의 처리특성 Treatment Characteristics of High Turbidity Tunneling Wastewater Using Coagulation-mixing Process 토목공학과 김 희 영 지도교수 강 용 태 터널폐수는 굴착 공사시 발생하는 고탁도의 토사가 대부분으로 이에 대한 적절한 처리가 필요하다. 본 연구는 응집혼화공정을 이용하여 방류수 수질기준에 만족하도록 고탁도 터널폐수를 처리하였다. 응집제는 Alum, PSO-M, PAC, PACS-Ⅱ, FeCl3를 사용하였으며, pH 조절제는 H2SO4, NaOH를 사용하였다. pH는 4~10, 응집제 주입량은 5~130 mg/L로 조절하여 실험하였다. Jar-Test를 이용한 최적 응집제 실험 결과 각 응집제별 최적 pH와 최적 주입량은 Alum은 pH 9, 주입량 70 mg/L, PSO-M pH 9, 주입량 10 mg/L, PAC pH 9, 주입량 30 mg/L, PACS-Ⅱ pH 7, 주입량 10 mg/L, 그리고 FeCl3 pH 7, 주입량 15 mg/L로 나타났다. 또한, Y 지역 터널폐수는 pH 7.03으로 pH 조절하지 않은 상태에서 실험한 결과 탁도 제거율과 응집제 주입량을 고려하여 비교하였을 때 가장 효율적인 응집제는 PACS-Ⅱ로 확인 할 수 있었다. 최적 pH, 최적 응집제 주입량에 대한 처리비용 산정 결과 Alum의 경우 127.6 원/m3, PSO-M의 경우 118.94 원/m3, PAC의 경우 127.1 원/m3, 그리고 PACS-Ⅱ, FeCl3의 경우 pH 조절제를 사용하지 않아 3.3 원/m3, 3.6 원/m3으로 나타났다. 최적 응집제인 PACS-Ⅱ를 사용한 고속응집침전 공정의 처리수 평균 수질은 pH는 5.32에 CODMn, SS, TN, TP가 각각 0.02 mg/L, 14.42 mg/L, 0.67 mg/L, 0.01 mg/L로 나타나 CODMn, SS의 방류수 수질기준을 만족하였다. 고속응집침전 실험에서 Alum, PSO-M, PAC, PACS-Ⅱ, FeCl3 응집제의 슬러지 발생량은 각각 3.29 kg/day, 3.15 kg/day, 3.25 kg/day, 2.99 kg/day, 3.09 kg/day으로 나타나 슬러지 발생량은 PACS-Ⅱ가 가장 적게 발생하여 수질 및 슬러지 발생량 면에서 최적 응집제임을 확인 할 수 있었다. 주요어 : 터널폐수, 응집, Alum, PSO-M, PAC, PACS-Ⅱ, FeCl3, 고속응집침전

초고속응집침전 (URC) 공정에서 응집제 종류에 따른 인 제거 특성 연구

최욱 서울과학기술대학교 2013 국내석사

본 연구는 공공하수처리시설의 고도처리를 위한 초고속 응집침전(ultra rapid coagulation, URC) 공정의 적용과 함께 다양한 응집제의 침전효율을 평가함으로써 법적 방류수질 기준의 달성여부 및 부가적으로 소요되는 약품의 주입량을 평가하여 응집제 최적 주입조건을 제시하고 동시에 응집제 및 화학약품의 과도한 사용을 방지하기 위하여 수행되었다. 본 연구를 통해서 URC 공정 운영과정에서 보다 효과적인 운전인자를 도출하고, 공정에 이용되는 처리약품 (응집제, 폴리머, 가중응집제, 가성소다 등)의 최적화된 투입량을 산출함으로써, 2012년 강화된 총 인의 배출기준을 달성하기 위한 운전조건 및 약품 투입량을 산출하였다. 응집제 종류별 최적 주입량 산정을 위한 Lab scale Jar-test를 실험한 결과 약품사용량은 유입하수량 및 유입수 T-P 농도에 따라 변동이 있었으나, Amfloc 153은 평균 59.0mg/L, NaOH 소요량 21.2mg/L, 가중응집제 2.4mg/L, A-폴리머 0.9mg/L가 소요되는 것으로 산정되었고, 이는 고양시 소재 공공하수처리장에 총인강화 전 약품량 산정기준대비 강화된 수질기준 준수를 위해서는 Alum (7%)을 기존 사용량 대비 141.1 %로 증가되어야 하는 것으로 나타났으며, 그에 따라 사용되는 화학약품인 NaOH (20%)는 595.8 %가 추가적으로 소요될 것으로 평가되었다. 그에 반해 Amfloc 153은 당초대비 14.8 %, NaOH (20%) 231.2 % 증가하며, 가중응집제 14.2 %, A-폴리머는 25.2 % 감소하여 Alum (7%)를 사용 할 때보다 사용량이 적은 것으로 나타났다. Alum (7%)보다 Amfloc 153의 염기도가 높아 T-P 및 PO4-P 제거 효율이 높았으며, 이로 인해 전체적인 약품 사용량이 줄어 연간 약 61,676 천원의 약품비를 절감할 수 있고, 그 외에 부수적인 기계들의 사용량이 줄어들어 에너지비용 또한 절감할 수 있을 것으로 판단된다. This study was conducted 1) to evaluate the coagulation efficiencies with various coagulants for the compliance of discharge water quality standard, 2) to suggest the optimal dosage and conditions of chemicals, and 3) to avoid overuse of chemicals in the ultra rapid coagulation process for the advanced sewage treatment system. In this study, the more effective parameters were obtained for URC process such as optimal dosage of chemicals (coagulant, polymer, weighted flocculation agent, and pH adjustments) to satisfy the stringent water quality standard for total phosphorous concentration. Through this study, the optimal parameters for the efficient URC process were obtained. The amount of chemicals used in the coagulation and sedimentation process could be reduced in the sewage treatment plant. According to the lab scale Jar-test results, the optimal dosage of two coagulants (Alum 7%, and Amfloc 153) to maintain the enhanced the total phosphorous concentration standard were that the quantity of Alum 7% and Amfloc 153 increased about 141 % and 14.8 %, respectively. Consequently, removal efficiency of PO4-P and T-P of Amfloc 153 were higher than that of Alum 7%, because of the basicity of Amfloc 153 higher than Alum 7%. In order to obtain the enhanced total phosphorus concentration of effluent discharge, use of coagulant and collaterally chemicals were expected to increase from the lab scale experiment and pilot test. However, the use of Amfloc 153 showed that the quantity of coagulants could be reduced 47.6 %, NaOH also was reduced 47.6 %, weighted coagulant 80 %, and A-Polymer 69 %, compared with Alum 7%. According to the results of calculations, chemicals requirements of the daily average was 11,303 kg-Amfloc 153, 4,601 kg-NaOH(20%), 460 kg–weighted coagulant, and 172 kg–A-Polymer, when Amfloc 153 was used. From this result, the amount of coagulant dosage, chemicals and consumption of energy for operating the facility could be decreased (about 61,676 thousand won per year), through the use of Amfloc 153.

CFD를 이용한 경사판침전지내의 유동해석

전유재 인하대학교 일반대학원 2009 국내석사

초고속 응집침전 공정(Ultra Rapid Coagulation, URC)에서 침전지 내의 경사판은 높은 표면부하율에서 침전효율에 큰 영향을 미치는 주요 설계요소 중의 하나이다. 본 연구의 목적은 Navier-Stokes 방정식을 사용해 경사판침전지 내 유동에 대한 수리학적 해석을 수행하는 것이다. 다양한 변수를 이용하여 경사판이 가진 성능을 평가하고 이를 지침으로 하여 설계 시 참고할 수 있다. Navier-Stokes 방정식의 해석을 수행하는 상용 CFD(Computational Fluid Dynamics)코드 프로그램인 CFX 11.0을 사용하여 현재 인천 S하수처리장에서 운전하고 있는 초고속응집침전 pilot의 침전조 및 경사판부분의 유동을 해석하였다. 바탕실험과 개선안 실험을 이용하여 경사판의 성능을 평가하였고 바탕실험에서는 실험변수로 경사판의 존재여부와 형태 그리고 침전조의 형태를 이용하여 해석을 실시하였다. 개선안 실험변수로는 경사판의 개수와 침전조 외벽 형태를 변경하여 해석을 실시하였다. 각각의 실험에서 floc의 침전효율과 직관되는 침전조 내의 속도분포와 vector값, 난류가 형성되는 지점 및 상승유량의 분배되는 정도를 확인하였다. CFD를 이용한 유동해석결과 120 ㎥/㎡·day의 표면부하율 조건에서는 경사판이 존재하지 않으면 높은 표면부하율로 인해 쉽게 난류가 형성되었다. 침전구간에서의 속도장 또한 높게 형성되었으며 침전조 형태를 개선한 경우에도 그 경향은 그대로 유지되었다. 침전지 내에 평판형 경사판을 설치한 경우 경사판이 유효침전면적을 늘리는 동시에 정류판역할을 하여 전체적인 침전조 내의 속도분포가 낮아졌다. 그러나 유출수의 분배가 효율적으로 이루어지지 않아 유출부 외벽 쪽으로 흐름이 치우치는 현상이 일어났다. 굽이식(lamella) 경사판을 설치한 경우에서는 경사판의 굴곡을 통해 유출되는 폐수가 효율적으로 분배되어 침전조 내 평균 속도분포가 가장 낮았다. 또한 바탕실험 전체에서 나타났던 유출부 외벽 쪽으로 흐름이 치우치던 문제가 해결되었다. 기존에 사용하는 2단 경사판을 1단으로 한 경우 유출수의 분배는 잘 이루어졌지만 침전조 내 속도분포가 높아졌다. 경사판 침전지의 외벽 모양은 현재 운영 중인 형태가 유출수의 균일한 분배에 유리한 것으로 확인되었고 경사판의 개수는 5칸이 가장 최적인 것으로 나타났다. In Ultra Rapid Coagulation Process, inclined plate is main design element which affects sedimentation efficiency in high surface loading rate. Purpose of this study is that achieve hydraulic analysis about flow in inclined plate settler using Navier-Stokes equation and draw optimum design improving problem with this. We analyzed flow of settler and inclined plate part that is driving in present In-cheon S sewage treatment plant using commercial CFD code CFX 11.0 that achieve Navier-Stokes equation analysis estimate performance of inclined plate. Executed analysis using existence availability, form and number of inclined plate and form of settler by experiment parameter and confirmed velocity, vector, turbulence area. Result of flow analysis using CFD, when inclined plate does not exist under surface loading rate condition of 120 m3/m2·days, turbulence formed easily by flowed in wastewater in settlement and the tendency was kept just as it is in case improve settler form. Velocity became low in whole settler in case that install flat style inclined plate within settler, but division of outflow does not consist efficiently. Velocity were lowest in settler in case that install lamella plate, and outflow flux is divided efficiently through bends. When change two step inclined plate that use present by one, division of outflow consisted well, but it have high velocity distribution in setter. Operating form that outer wall of inclined plate settler is confirmed by profitable in equal division of outflow water and opimum number of inclined plate was 5.