초고속응집침전 (URC) 공정에서 응집제 종류에 따른 인 제거 특성 연구 = A Study on Phosphorus Removal with Coagulant types in Ultra Rapid Coagulation (URC) Process

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구의 배경 및 필요성 1
• 2. 연구의 목적 3
• Ⅱ. 이론적 배경 4
• 1. 수질화학에서 인의 특성 4
• 1.1 인의 분류 및 특성 4
• 1.2 인의 순환 7
• 1.3 인의 부영양화 영향 9
• 2. 하수처리 시설에서 인 제거 메커니즘 11
• 2.1 생물학적 인 제거 11
• 2.2 화학적 인 제거 15
• 3. URC 공법 개요 22
• 3.1 공법의 원리 22
• 3.2 공법의 적용 및 공정개요 22
• 3.3 공법의 특징 및 효과 24
• Ⅲ. 실험재료 및 방법 25
• 1. 시설개요 및 대상원수 25
• 2. 분석방법 27
• 2.1 생물화학적 산소요구량 27
• 2.2 부유물질 27
• 2.3 인산염 인 (PO4-P) 27
• Ⅳ. 실험결과 및 고찰 28
• 1. Lab scale Jar-test 28
• 2. 응집제 현장적용 평가 31
• 3. 강화된 기준적용에 따른 약품소요량 산정 34
• 4. 응집제 교체에 따른 경제성 분석 36
• Ⅴ. 결론 38
• 참고문헌 39
• Abstract 41
• 감사의 글 43