초고속 응집 침전 공정에서의 인의 제거에 대한 연구 = (A) study on Phosphorus Removal in the Ultra Rapid Coagulation Process

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• 요약문 = ⅰ
• Abstract = ⅲ
• 목차 = ⅴ
• List of Table = ⅷ
• List of Figure = ⅸ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 문헌연구 = 3
• 2.1 인 (Phosphorus) = 3
• 2.1.1 인의 형태 = 3
• 2.1.2 자연계에서의 인의 순환 = 4
• 2.1.3 인의 환경에 대한 영향 = 4
• 2.1.4 비 점오염원에서 인의 유입 = 5
• 2.1.5 점 오염원에서 인의 유입 = 6
• 2.2 생물학적 제거 공정 = 6
• 2.3 물리 화학적인 인 제거 공정 = 7
• 2.3.1 금속염에 따른 인 제거의 이론적 메카니즘 = 7
• 2.3.2 알루미늄염의 수화반응과 인 제거 메카니즘 = 10
• 2.3.3 전하와 관련된 인산염과 알루미늄염의 결합 = 12
• 2.3.4 미리 형성된 알루미늄 floc에 대한 인 제거 영향 = 12
• 2.3.5 운전 조건에 따른 영향 = 14
• 2.4 Ultra Rapid Coagulation Process = 15
• 2.5.외국의 선례 = 16
• 2.5.1 ACTIFLO process = 16
• 2.5.2 Densadeg process = 17
• Ⅲ. 실험 장치 및 방법 = 19
• 3.1 대상시료 = 19
• 3.1.1 인산염의 인공 폐수의 제조 = 19
• 3.1.2 가정 하수와 하수 처리장 유입수 = 19
• 3.2 시약 = 20
• 3.2.1 가중 응집제 = 20
• 3.2.2 응집제 = 20
• 3.2.3 고분자 응집제 = 20
• 3.3 Jar Test(Lab Test) 실험 방법 및 실험 장치 = 21
• 3.3.1 인 제거에 대한 응집제의 영향 실험 = 21
• 3.3.2 가중 응집제에 의한 인의 제거 영향 = 23
• 3.3.3 슬러지 반송의 영향 = 24
• 3.3.4 초고속 응집침전 공정의 최적 조건 실험 = 25
• 3.4 초고속 응집 침전 공정의 Pilot Test를 이용한 인의 제거 = 26
• 3.4.1 초고속 응집 침전 장치 = 27
• 3.4.2 초고속 응집 침전 장치에서의 인 제거 영향 = 28
• 3.5 분석 항목 및 분석 방법 = 29
• Ⅳ. 결과 및 고찰 = 30
• 4.1 응집제가 인 제거에 미치는 영향 = 30
• 4.1.1 원수의 영향 = 30
• 4.1.2 응집제의 수화 반응과 착화합 반응으로 인한 인 제거 = 35
• 4.1.3 염기도가 다른 응집제의 인 제거 능력 평가 = 38
• 4.2 가중 응집제가 인 제거에 미치는 영향 = 40
• 4.2.1 가중 응집제의 흡착 효과 = 40
• 4.2.2 가중 응집제의 알루미늄 착화합물과 수화물에 대한 영향 = 42
• 4.2.3 가중 응집제의 최적 주입량 결정 실험 = 48
• 4.3 침전 슬러지 반송의 영향 = 51
• 4.3.1 응집공정 중 침전 슬러지 주입으로 인한 영향 = 51
• 4.3.2 응집 슬러지의 인 흡착 실험 = 53
• 4.4 초고속 응집침전 공정의 최적 조건 실험 = 59
• 4.4.1 가중 응집제의 주입 위치 결정 실험 = 59
• 4.4.2 응집제(Alum)의 주입 방법 = 60
• 4.5 실제 폐수에 대한 적용과 Pilot Test를 통한 초고속 응집 침전공법에서의 인 제거 = 61
• V. 결론 = 66
• 참고문헌 = 68