지종별 폐수의 고분자 응집제 혼합주입량 결정에 관한 연구 = Studies on decision of the optimum dosage of flocculants for wastewater treatment from papermaking

국문 초록 (Abstract)

제지공업은 대량의 자원, 에너지 및 용수를 사용하는 에너지 다소비형 산업으로, 발생되는 폐수와 슬러지는 그 양이 방대하여 모든 제지업계에서 폐수 및 슬러지 처리가 주요 현안 문제로 나타나고 있다.
펄프·제지공정 중 발생하는 폐수의 처리는 공정에 따라 약간의 차이를 나타내기는 하지만, 일반적으로 폐수 속의 부유물을 최대한으로 제거함을 목적으로 한다. 처리공정 중 응집처리에서 고분자 응집제의 사용이 증가함에 따라 약품비와 슬러지량이 증가되는 결함이 있다.
실제로 일반적인 수처리 전체 공정 운전비용의 약 45%가 슬러지 처리비용으로 지출되고 있으며, 이중 슬러지의 탈수를 목적으로 한 약품 투입비가 상당부분을 차지하고 있다. 슬러지 개량제의 비정적 투입에 따른 슬러지 함수율의 증가에 의한 슬러지 처리비가 필요이상으로 증가하고 있는 실정으로 슬러지 처리비용의 절감과 슬러지 처리를 보다 효율적으로 하기 위해서는 슬러지 자체에 함유되어 있는 수분을 최소화 시키는 감량과 과정이 중요하며, 따라서 슬러지 감량화를 위해서는 슬러지 탈수효율의 증대가 이루어져야 한다.
본 논문에서는 세 종류의 폐수(화장지, 백상지, 신문용지 공장의 폐수)의 최종 슬러지 처리를 위한 목적으로 두 종류의 고분자 응집제(음이온성 PAM, 양이온성 PAM)의 투입하여, 슬러지 탈수특성을 증가시키는 방안을 연구하였다. 또한 CST(Capillary Suction Time)과 플럭강도의 측정으로 슬러지의 탈수성을 평가하였다.
세 지종의 폐수(화장지, 백상지, 신문용지 공장의 원폐수)에 두 종류의 고분자 응집제(음이온성 PAM, 양이온성 PAM)를 단독으로 투입하였을 경우, 세 종류의 폐수 모두에서 음이온성 고분자 보다는 양이온성 고분자가 응집에 더 효과적이었으나, COD 및 SS 제거효율의 불량으로 고분자 응집제 단독 투입만으로는 만족할만한 결과를 얻기 힘들며, 따라서 두 고분자 응집제의 혼합사용이 필요하다고 판단하였다.
두 종류의 고분자 응집제를 혼합하여 투입할 경우 세 종류의 폐수에서 첨가량은 약 10%～15%일 때 양호한 탈수성을 나타내었다. 또한 COD 및 SS 제거효율 역시 고분자 응집제를 단독으로 처리하였을 경우보다 더 효과적인 것을 알 수 있었다. 이로써 고분자 응집제를 각각 단독으로 처리하기 보다는 적정량 혼합하여 사용하는 것이 더 효과적인 폐수 처리를 할 수 있으리라 판단된다.
이로써, 적정량의 고분자 응집제 혼합주입량의 선정함으로써 과량으로 사용되던 고분자 응집제의 사용량을 절감하고, 최종적으로는 폐수 내의 고형분의 탈수 특성을 향상시켜 슬러지 처리 비용을 절감하는 효과를 기대해 본다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Papermaking industry consumes a lot of energy, mass resources and water and produces huge amount of wastewater and sludge. Hence, treatments of wastewater and sludge have been important issues. Generally, the wastewater treatment system in a papermaking mill aims to remove suspended solids in wastewater as much as possible. Flocculants are used to meet the aim. Increasing the added amount of flocculants results in the increase in chemical costs and the amount of sludge produced. Actually, about 45% of total costs for wastewater treatment in a papermaking mill is spent for sludge disposal and the cost of chemicals used to improve the dewaterability of sludge takes much part of it.
The disposal expense of sludge has been increasing due to the increase in the moisture content of sludge, caused by irregular addition of sludge conditioner. In order to reduce sludge disposal cost and to improve the efficiency of sludge treatment, it is necessary to minimize the amount of water contained within the sludge and hence to improve the dewaterability of the sludge.
The objective of this study was to elucidate the way of improving the dewaterability of sludge. Three types of wastewater from a tissue paper mill, a printing paper mill and a newsprint mill were used and two types of high molecular weight flocculants (anionic PAM and cationic PAM) were used to treat the wastewater. Dewaterability of sludge was evaluated by measuring CST (Capillary Suction Time) and floc strength.
Cationic PAM showed more effective flocculation than anionic PAM for all of three types of wastewater when a single polymer system was used. However, it was difficult to reduce COD and SS to an appropriate level with a single polymer system. When a dual polymer system was used, the best dewaterability was obtained at the dosage of 10%∼15%. In addition, COD and SS reduction was better with a dual polymer system than with a single polymer system. Hence it can be concluded that it is better to use a dual polymer system in order to treat wastewater than a single polymer system.
Cost of flocculants can be reduced by applying an optimum dosage and hence avoiding an excess use. Finally, cost for sludge treatment can be saved by improving dewaterability of sludge from wastewater treatment.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 연구사 = 5
• Ⅲ. 재료 및 방법 = 7
• 3.1. 공시재료 = 7
• 3.2. 실험 방법 = 8
• Ⅳ. 결과 및 고찰 = 13
• 4.1. 교반시간에 따른 CST의 변화 = 14
• 4.2. pH의 변화에 따른 CST의 변화 값 = 16
• 4.3. 온도 변화에 따른 CST의 변화 값 = 18
• 4.4. 고분자응집제 단독투입에 따른 CST의 변화 값 = 19
• 4.5. 고분자응집제 단독 투입에 따른 지종별 폐수의 CST 값의 비교 = 22
• 4.6. 고분자 응집제 단독 투입에 따른 COD 및 SS 제거효율 = 23
• 4.7. 고분자응집제 혼합투입에 따른 CST의 변화 값 = 27
• 4.8. 고분자응집제 혼합 투입에 따른 지종별 폐수의 CST 값의 비교 = 30
• 4.9. 플럭 강도 = 31
• 4.10. 고분자 응집제 혼합 투입에 따른 COD 및 SS 제거효율 = 32
• Ⅴ. 결론 = 36
• Ⅵ. 참고문헌 = 39
• Abstract = 43
• 감사의 글 = 45