Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1225-7672(Print)
ISSN : 2287-822X(Online)
Journal of the Korean Society of Water and Wastewater Vol.26 No.3 pp.443-451
DOI :

백운석 첨가가 응집에 의한 하수 처리수의 인 제거에 미치는 영향

이병하1,2, 박준홍2, 차호영3, 맹승규4, 송경근1*
1 한국과학기술연구원 물자원순환연구단, 2 연세대학교 사회환경시스템공학부, 3 엔비너지(주), 4 세종대학교 건설환경공학과

Effects of dolomite addition on phosphorus removal by chemical coagulation of secondary treated effluent

Kyung Guen Song1*, Byung Ha Lee1,2, Joon hong Park2, Ho Young Cha3, Sung Kyu Maeng4

Abstract

Wastewater treatment plants need to reduce phosphorus in order to meet increasingly stringent regulations on phosphorus. This study evaluated the feasibility of dolomite as a coagulation aid to enhance phosphorus removal from secondary treated wastewater by chemical coagulation. Standard jar tests were conducted to evaluate the effect of dolomite addition on a coagulation process for phosphorus removal and to determine the optimum doses of coagulants and dolomite. Coagulants used with dolomite yielded a significantimprovement in phosphorus removal and reduced total phosphorus concentrations below 0.02 mg/L in wastewater effluent. Dolomite has played an important role in enhancing phosphate adsorption and increasing pH, as a coagulation aid. The maximum removal efficiency of phosphorus in this study was yielded at 25 mg/l of dolomite and 20 mg Al/L of PAC dose. However, considering economic aspects, the optimum doses of dolomite and PAC were 10 mg/L and 15mg Al/L, respectively. Consequently, dolomite, a coagulation aid, can be used in coagulation processes to enhance the removal of phosphorus.

10 이병하 교수님.pdf907.6KB

1. 서 론

 환경부는 지난 2009년 9월 공공수역에서의 난분해성 유기물질의 유입 증가와 부영양화의 심화와 같은 오염원의 변화에 대처하기 위하여 공공하수 처리시설의 방류수 수질기준 중 COD(Chemical Oxygen Demand) 및 T-P(Total Phosphorus)의 기준을 2012년부터 강화한다는 내용의 하수도법 시행규칙 일부 개정령(안)을 공포하였다(환경부, 2009a). 이는 조류 등의 주요성장제한인자인 T-P와 난분해성 유기물질의 지표인 COD를 새로운 관리지표로 제시함으로써 오염원의 변화에 따른 수질오염 관리지표의 변화요구를 반영하고(한승우, 2010), 공공수역의 수질보전을 강화하고자 하는 것이며, 또한 4대강 정비 사업을 통한 4대강 수질개선과 더불어 4대강 내 유입 수질을 향상시켜 4대강의 수질을 한층 개선하기 위함이다. 이와 함께 2011년부터는 각 수계별 하류지역의 부영양화를 방지할 수 있도록 T-P의 농도를 규제하는 2단계 총량제가 실시되고 있다(환경부, 2009b). 이처럼 공공수역 수질관리의 문제점으로 파악되는 총인의 처리에 대한 요구가 강화되고 있는 실정이다.

 현재 대부분의 하수처리장에서 인의 제거는 생물학적 처리에 의한 경우가 대부분이나 탄소원의 부족, 부적절한 운전관리 등의 문제로 안정적인 처리가 이루어지지 않고 있으며, 강화되는 규제치를 만족하기는 매우 어려운 실정이다. 따라서 생물학적 처리보다는 약품투입 설비의 보강 등 인의 화학적 처리를 위한 다양한 검토가 필요한 실정이다(국립환경과학원, 2007).

 인은 자연계에서 기체 상태로 전환이 어렵고, 용해도가 낮아 수중에서 침전물의 생성이 용이하기 때문에 응집제와 화학적 또는 물리적으로 결합된 침전물의 형태로 제거되어 진다(Rittmann et al., 2002; Bratby, 2006). 일반적으로 인의 제거를 위하여 이용되는 응집제로는 Alum, PAC과 같은 알루미늄 계열, ferric chloride와 같은 철염계 및 lime과 같이 칼슘을 기본으로 하는 무기계 응집제들이 사용되고 있다(Yeoman et al, 1988).

일반적으로 하수처리수를 대상으로 화학적 응집에 의해 달성할 수 있는 인의 처리 농도는 응집조건, 원수의 인 농도 등 다양한 조건에 따라 수 mg/L에서부터 0.01 mg/L 이하에 이르기까지 다양한 농도를 얻을 수 있다(WEF, 1998; EPA, 2007; Takacs et al, 2006). 그러나 최종처리수의 인을 아주 낮은 농도로 안정적으로 유지하기 위해서는 많은 기술적 고려가 필요하다. 이를 위하여 수학적 모델을 이용하여 화학종과 수산염 및 인제거와 관련된 다른 기작들의 역할을 정하고, 이를 실제 플랜트에서 검증함으로써 인 처리 플랜트의 설계와 운전에 도움을 주고자 하는 시도가 있었다(Takacs et al, 2006). 또한 최적의 응집제 선정과 관련된 시도로서, 염기도가 다른 Alum(Aluminum Sulfate)과 PAC(Polyaluminum Chloride)의 비교를 통하여 인의 효과적 제거를 위해서는 단분자성 및 저분자성 Al 종을 주종으로 하는 Alum이 보다 효과적임을 보고하였다(한승우, 2010). 한편, 철염계 응집제를 이용한 응집 후 lime을 이용한 재응결을 통하여 인의 제거를 촉진시키고자하는 시도도 있었다(Cavagnaro et al, 1978).

 이처럼 응집공정의 효율화를 통한 인의 효율적 제거를 위한 다양한 시도 이외에도 유기물 및 인을 좀 더 효율적으로 제거하기 위한 여러 가지 방법들이 모색되고 있는데 그 대안 중 하나로 응집보조제가 중요하게 부각되고 있다. 응집보조제는 응집공정 중 응집제와 같이 주입되며 주로 floc의 밀도를 증가시키는 응집핵 역할을 하여 침전성을 향상시키는 목적을 가지고 사용된다(김동건 등, 2003). 실제로 많은 응집공정에서 응집보조제를 사용하고 있으며 고속응집침전공정, Actiflo 등이 그 예이다(조용현, 2011). 응집보조제는 천연 무기 응집보조제와 흡착제등 여러 가지를 사용한다. 조재성(2008)은 지르코늄 실리케이트를 응집보조제로 사용한 결과 지르코늄 실리케이트가 floc의 성장을 도와주는 역할을 함으로써 응집제만 주입한 경우에 비하여 CODcr 제거효율이 5~10 % 높일 수 있었다. 또한 인제거 효율을 높이기 위하여 tanic acid를 ferric chloride의 응집보조제로 사용한 결과, tanic acid가 크기가 큰 floc을 형성하여 침전속도를 높이고, 잔류하는 Fe(III)를 줄이는 역할을 함으로써 응집을 효율화하고 인의 제거효율을 높일 수 있었다(Zhoua et al, 2008).

 이러한 응집보조제의 하나로서 인에 대한 응집 및 흡착능력이 있는 것으로 알려져 있는 백운석의 적용이 가능할 것으로 보인다. 백운석의 주성분은 CaO, MgO, MnO, ZnO, FeO, CO2등으로 이루어지며(한국광물학회, 2004), 생석회의 주성분인 CaO를 다량 함유하고 있어 침전물 생성이 용이하고 pH 중화제 역할을 하여 수처리제로서의 활용 가능성이 충분하며, 특히 인에 대한 응집 및 흡착능력이 우수한 것으로 규명되어 있다(Roques et al, 1991; Dziubek and Kowal, 1978; 김규진 등, 1981). 백운석은 대체로 인산염에 대한 흡착이 비교적 양호한 상태로 이루어지며 온도와 주입량에 따라 흡착 속도가 달라진다(Karaca et al., 2004). 백운석의 이론적 화학식은 CaMg(CO3)2에 가까우나, 많은 경우 Mg 대신 Fe2+ 를 가진 경우도 있다. 백운석을 열적으로 분해하면 다음과 같이 두 단계의 반응이 일어난다.

                                         (1)
CaMg(CO3)2 → CaCO3 + MgO + CO2 (260mmHg)
                                         (2)
CaCO3 → CaO + CO2 (300mmHg)  

 이렇게 소성을 시키게 되면 CO2는 기체화 되어 증발하여 CaO와 MgO(FeO)만 남게 된다. 이러한 백운석의 수처리제로써 기능은 주로 알칼리성으로 pH중화제의 역할과 Ca와 Mg가 침전물을 형성함으로써 응집침전기능에 의한 것으로 알려져 있다(Otsuka, 1986).

 따라서 본 연구에서는 강화되는 하수처리 방류수 수질기준 중 인의 수질규제 기준을 만족하는 총인 농도의 안정적 달성을 위하여 하수 처리수의 응집처리에 있어 무기응집제와 함께 응집보조제로서 백운석을 첨가함으로써 인의 응집에 미치는 영향을 살펴보았다. 이를 통하여 응집보조제로서 백운석의 특성과 적용 가능성을 밝힘으로서 효과적인 하수 2차 처리수의 총인 제거에 필요한 응집공정의 기초적인 자료를 제공하고자 한다.

2. 실험재료 및 방법

2.1 실험재료

 백운석은 대체로 인산염에 대한 흡착이 비교적 양호한 것으로 알려져 있으며, 흡착속도는 온도와 주입량에 따라 달라진다(Karaca et al., 2004). 따라서 백운석의 인 흡착 특성을 평가하기 위하여 회분식 흡착실험을 수행하였다. 본 실험에 사용된 백운석은 1차 분쇄하여 상업적으로 가공된 입자크기 250㎛ 이하의 분말을 사용하였으며, 비표면적을 넓히기 위해 이를 한번 더 체거름을 수행하여 45㎛이하의 입경을 갖는 백운석 분말만을 사용하여 실험을 수행하였다. 특히 본 연구에서는 850℃에서 8시간 이상 소성 시킨 다음 사용하였는데, 이는 CaO와 MgO의 이온결합을 최대한 이끌어 냄으로서 백운석의 인에 대한 흡착력을 높이기 위함이다.(Otsuka R., 1986)

 실험에 사용된 응집제는 PAC ([Al2(OH)nCl6-n]m, 17% as Al2O3, 영진환경, 한국)을 사용하였다. 또한 실험에 사용된 원수는 Y하수처리장의 MLE(Modified Ludzack Ettinger)공정에서 나오는 처리수를 사용하였으며, 사용한 원수의 수질은 Table 1.과 같다.

Table 1. Characteristics of treated wastewater at Y wastewater treatment plant.

2.2 회분식 흡착실험

 본 연구에서 수행한 회분식 흡착실험은 Y하수처리장에서 채취한 2차 처리수를 대상으로 수행하였다. 시료 2L를 Jar에 넣고 백운석의 양을 10, 25, 50, 100, 200mg/L가 되도록 주입하고 원활한 교반이 이루어지도록 블레이드 교반기를 이용하여 연속적으로 교반을 하며 흡착이 진행되도록 하였다. 교반속도는 250rpm으로 유지시켰으며, 시료의 샘플링은 1, 3, 5, 10, 20, 30, 45, 60, 90min 경과 시 수행하였으며, 각 시료의 PO43--P 농도를 측정하여 흡착정도를 결정하였다.

2.3 응집 실험

 하수처리수 중의 인의 제거를 위한 응집에 있어서 백운석의 응집보조제로서의 특성을 살펴보기 위하여 Jar test를 수행하였다. Jar test는 28~300rpm으로 교반속도 조절이 가능한 JISICO사의 J-JT6S 기기를 사용하였고, 아크릴 재질이며 2L용량의 사각기둥 모양의 Jar를 사용하였다. Jar Test 실험 조건은 교반속도는 250rpm으로 1분간 급속교반 후, 교반속도는 60rpm으로 15분간 완속교반을 수행한 후 30분간 정치하여 침전시킨 후 수면에서부터 5㎝ 아래지점에서 주사기를 이용하여 시료를 채수하여 T-P와 PO43--P, SS, Turbidity 등을 분석하였다.

 Fig. 3의 (a)에서 보듯이 백운석을 주입하지 않고 PAC 단독으로 사용하는 경우, PAC 주입량이 증가함에 따라 총인의 농도가 감소하여 PAC의 주입량이 10mg/L에서 총인의 농도가 가장 낮은 0.5mg/L를 나타내었으며, 이후 PAC의 주입량을 10mg/L이상으로 계속 증가시킴에 따라 오히려 총인의 농도는 다시 상승하는 것을 볼 수 있었다. 이러한 총인 농도의 상승은 2가지의 원인으로 유추해볼 수 있다. 우선 응집제 주입량 증가에 따른 pH의 하강으로 인한 것으로 Fig.4의 (c)에서 보듯이 응집제 주입량 10 mg/L이상으로 증가하는 경우, pH가 6이하로 낮아지는 것으로 나타나 Al3+  이온과 PO43-의 이온이 결합되는 반응이 방해를 받았기 때문으로 이는 Fig. 3의 (b)에서 보듯이 주입량 15mg/L 이후 PO43---P 급상승하는 것으로부터 알 수 있다. 또 하나의 원인은 응집제의 재안정화에 따른 침전효율의 저하에 따른 결과로, Fig. 4의 (a)와 (b)에서 보는 바와 같이 PAC 주입량이 증가함에 따라 SS 농도와 탁도가 감소한다. 하지만 10mg/L의 PAC 주입량을 지나면서 SS 농도와 탁도가 동시에 급하게 상승 하는 것을 볼 수 있는데, 이는 응집제의 주입과다로 응집제의 재안정화가 일어나며 입자의 침전이 방해를 받기 때문인 것으로 보인다(이상화 등, 2004).

2.4. 분석방법

 T-P와 PO43--P의 분석방법으로는 Standard methods(APHA-AWWA-WEF, 2005)에 근거하여 아스코르빅산 흡광광도법을 적용하였으며, 전처리는 과황산칼륨 분해법을 적용하여 UV/Vis spectrophotometer (DU730, Beckman Co.)로 측정하였다. 특히 0.05mg/L 이하의 농도도 측정이 가능하여야하기 때문에, 측정의 정밀도를 높이기 위하여 일반적으로 사용하는 10mm 셀 대신에 50mm 석영 셀을 이용하여 흡광도를 측정하였다.

 Turbidity는 HACH사의 2100P Turbidimeter기를 이용하여 측정하였으며, pH는 Orion사의 pH 측정기를 이용하였다. 또한 SS는 수질공정시험법(환경부, 2010)에 근거하여 분석하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 백운석의 인 흡착 특성

 백운석의 인에 대한 흡착 특성을 알아보기 위하여 회분식 흡착실험를 수행하였다. 실험에 사용한 소성 후의 백운석의 비중은 2.42였으며, 입자 분포는 Fig. 1과 같이 대부분이 약 1~50㎛ 정도로 나타났다.

Fig.1. Particle size distribution of dolomite.

Fig.2. Changes in phosphate concentration (a) and pH (b) at 10, 25, 50, 100 and 200 mg/L of dolomite dose.

 소성된 백운석은 인에 대한 흡착능이 뛰어난 것으로 알려져 있다(Karaca et al., 2006). 따라서 하수 중에 존재하는 인에 대한 흡착특성을 살펴보기 위하여 실제 하수처리장의 방류수를 대상으로 백운석의 농도를 달리하며 회분식 흡착실험을 수행하였다. Fig. 2 (a)와 같이 백운석의 농도가 증가함에 따라 인에 대한 흡착이 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다. 백운석의 농도가 100 mg/L 이상에서는 인의 흡착이 초기 1분 이내에 거의 완료 되는 것으로 보여지는 반면, 백운석의 농도가 50 mg/L 이하일 때는 인의 흡착이 다소 느리게 진행되는 것을 볼 수 있다(Fig. 2). 이는 100 mg/L 이상의 농도에서는 인의 농도에 비하여 훨씬 많은 흡착제로 인하여 용액 중의 인의 농도가 흡착속도가 빠른 외부표면에서의 흡착만으로도 대부분 제거되었기 때문이며(Karaca et al., 2004), 최고 제거효율은 99%를 나타내었다. 이에 비하여 50mg/L 이하의 주입량의 경우에는 흡착초기에는 인 이온이 백운석의 외부표면에 흡착되며 이때 흡착속도는 빠르게 진행된다. 그러다 외부표면에서의 흡착이 포화가 되면 인 이온은 백운석 입자 내의 공극내부로 확산되어 들어가서 공극 내부표면에 흡착되게 되는데, 인 이온이 입자의 공극 내로 확산될 때 확산에 대한 저항이 증가하고 이는 확산속도를 떨어뜨리게 된다. 특히 인 이온 즉 흡착질의 농도가 감소할수록 확산속도는 점점 더 줄어들며 결국 확산과정은 최종 평형상태에 도달하게 되는 것이다(Johannes et al., 1873).

또한 Fig. 2 (b)에서 보듯이 백운석 주입에 따른 pH의 변화도 주입량이 증가할수록 pH가 상승함을 알 수 있다. 선행된 백운석 연구 중 인공하수를 이용한 인에 대한 흡착 제거연구에 의하면 백운석의 칼슘성분과 용존성 인이 서로 응결함으로 인해 수중의 OH-가 높아져 수초 이내에 급속하게 pH가 상승하는 것으로 보고되어 지고 있다(Karaca et al., 2006). 본 연구에서는 인공하수와는 달리 실제 하수 처리수를 이용함으로써 급속하게 pH가 상승되지는 않았으나 주입량에 따라 수초에서 수분내에 pH가 상승하는 것으로 나타났다. 따라서 백운석 주입시 적정한 주입량의 결정이 중요하며 응집보조제로서 적용시 응집제에 의한 pH 저하를 방지할 수 있는 완충제로서의 역할도 가능할 것으로 보여 적절한 주입량의 결정이 중요할 것으로 판단된다. 

3.2. 백운석 주입이 인의 응집에 미치는 영향

 앞의 실험 결과 실제 하수 2차 처리수를 대상으로 백운석의 인에 대한 흡착 특성을 확인하였다. 본 절에서는 이를 토대로 인의 저농도 제거를 위한 응집의 효율 증대를 위한 응집보조제로서의 백운석 역할을 살펴보고 주입량 변화에 따른 영향을 살펴보았다. 실제 방류수를 대상으로 PAC를 응집제로 사용하여 다양한 백운석 주입량 하에서 응집제량을 변화시켜가며 응집제 및 응집보조제의 주입량변화에 따른 인의 제거 특성을 비교 분석하였다. PAC의 주입량은 Al3+기준으로 나타내었으며, 실험에 원수로 쓰인 하수 처리수의 총인 농도는 3.73 mg/L이었다.

Fig.3. Residual concentration of total phosphorus (a) and phosphate (b) at 0, 2, 5, 10, 15 and 20 mgAl/L of PAC dose.

 Fig. 3의 (a)에서 보듯이 백운석을 주입하지 않고 PAC 단독으로 사용하는 경우, PAC 주입량이 증가함에 따라 총인의 농도가 감소하여 PAC의 주입량이 10mg/L에서 총인의 농도가 가장 낮은 0.5mg/L를 나타내었으며, 이후 PAC의 주입량을 10mg/L이상으로 계속 증가시킴에 따라 오히려 총인의 농도는 다시 상승하는 것을 볼 수 있었다. 이러한 총인 농도의 상승은 2가지의 원인으로 유추해볼 수 있다. 우선 응집제 주입량 증가에 따른 pH의 하강으로 인한 것으로 Fig.4의 (c)에서 보듯이 응집제 주입량 10 mg/L이상으로 증가하는 경우, pH가 6이하로 낮아지는 것으로 나타나 Al3+ 이온과 PO43-의 이온이 결합되는 반응이 방해를 받았기 때문으로 이는 Fig. 3의 (b)에서 보듯이 주입량 15mg/L 이후 PO43--P 급상승하는 것으로부터 알 수 있다. 또 하나의 원인은 응집제의 재안정화에 따른 침전효율의 저하에 따른 결과로, Fig. 4의 (a)와 (b)에서 보는 바와 같이 PAC 주입량이 증가함에 따라 SS 농도와 탁도가 감소한다. 하지만 10mg/L의 PAC 주입량을 지나면서 SS 농도와 탁도가 동시에 급하게 상승 하는 것을 볼 수 있는데, 이는 응집제의 주입과다로 응집제의 재안정화가 일어나며 입자의 침전이 방해를 받기 때문인 것으로 보인다(이상화 등, 2004).

Fig.4. Suspended solid (SS) concentration (a), turbidity (b) and pH (c) at 0, 2, 5, 10, 15 and 20 mgAl/L of PAC dose.

 한편 본 실험의 PAC 단독응집에서 PAC 주입량이 10mg/L에서 최저의 총인 농도인 0.5mg/L를 얻을 수 있었으나, 이는 2012년부터 적용되는 총인의 규제농도인 0.2mg/L를 만족 시키지는 못하는 농도이다. 따라서 하수처리장 방류수의 총인 규제농도인 0.2mg/L 이하를 안정적으로 달성하기 위해서는 응집제 단독 사용만으로는 한계가 있으며, 응집을 효율화 해줄 수 있는 응집보조제의 역할이 필요하다고 판단된다. 따라서 응집제와 동시에 사용함으로써 인의 흡착과 함께 응집핵으로서의 역할을 할 수 있는 응집보조제로서 백운석의 가능성을 살펴보고 그에 따른 인의 제거 특성을 살펴보았다.

Fig. 5의 (a)와 (b)는 하수 방류수에 대하여 응집제로서 PAC와 응집보조제로서 백운석을 혼합 사용하여 응집실험 후 처리수의 T-P와 PO43--P의 농도를 각각 나타낸 것이다. PAC 주입량은 Al 기준으로 0, 2, 5, 10, 15, 20mg/L로 각각 주입하였고, 백운석의 주입량은 10, 25, 50, 100mg/L를 주입하여 응집실험을 실시하였다. Fig. 5의 (a)에서 보면 백운석의 농도가 10~25mg/L인 경우 PAC농도가 15mg/L 이상에서 총인의 농도가 0.2mg/L 이하를 보였으며, 백운석 농도가 50mg/L 이상으로 증가하는 경우에는 오히려 총인의 제거효율이 감소하는 것으로 나타났다. 이것은 Fig. 6의 (c)에서 보듯이 백운석의 주입량이 증가함에 따라 pH가 상승하게 되어 PAC의 응집에 최적의 pH 범위로 알려진 5-8의 범위(황응주 등, 2009)를 벗어나 응집효율을 떨어뜨리기 때문으로 보인다. 또한 응집핵으로서의 역할을 위하여 주입한 백운석의 양이 많아짐에 따라 응집제가 백운석 입자 자체의 응집을 위하여 많은 부분 쓰여 지기 때문에 총인 제거효율이 감소하는 것으로 보인다. 이것은 Fig. 5의 (b)에서 보듯이 PAC 주입량 10mg/L 이상에서 백운석 주입량 10-25 mg/L인 경우가 50-100 mg/L 인 경우에 비하여 인산이온 (PO43--P)의 농도가 낮게 나타나고 있으며, 특히 100mg/L에서는 PAC 주입량에 관계없이 0.5-1 mg/L의 인산이온 농도를 보이고 있어 대부분의 인의 제거는 백운석의 흡착에 의한 제거로 보이며 PAC에 의한 응집은 대부분 백운석 입자의 응집에 사용되었던 것으로 판단된다. 이는 Fig. 6의 (a)와 (b)에서 보듯이 백운석 주입량이 50-100 mg/L인 경우가 10-25mg/L 인 경우보다 처리수의 SS 및 탁도가 더 높았던 것으로 부터도 알 수 있다.

Fig.5. Changes in residual concentration of total phosphorus (a) and phosphate (b) with increase of PAC dose at 10, 25, 50 and 100 mgAl/L of dolomite addition.

Fig.6. Changes in suspended solid concentration (a), turbidity (b) and pH (c) with increase of PAC dose at 10, 25, 50 and 100 mgAl/L of dolomite addition.

즉 적정한 양의 백운석을 주입하는 경우에는 PAC의 응집에 최적인 pH 조건이 형성 되고, 주입된 백운석이 흡착제 및 응집핵으로서의 역할을 하여 응집의 효율이 향상되며 침전에 용이한 floc을 형성하여 제거효율을 높일 수 있으나, 백운석의 주입량이 과도한 경우에는 pH의 과도한 상승과 인산이온과 백운석 입자간의 응집제의 경쟁으로 인하여 응집이 효율적으로 이루어지지 못하고, 이에 따라 인의 제거율이 감소하는 것으로 보인다. 본 실험에서는 최고의 총인 제거효율은 백운석 25mg/L와 PAC 20mg/L로 나타났지만, PO43--P의 경우 백운석 10mg/L와 PAC 15mg/L에서 가장 효율이 좋은 것으로 나타났다. 따라서 경제적인 부분을 고려할 때 백운석 10mg/L와 PAC 15mg/L가 최적의 주입조건인 것으로 판단된다. 따라서 하수방류수 중의 인의 저농도 달성을 위해서는 응집제 단독에 의한 응집보다는 백운석과 같은 흡착이 가능한 응집보조제와 함께 사용하는 것이 훨씬 효과적이라 판단된다.  

4. 결론

 본 연구에서는 강화되는 하수처리 방류수의 인에 대한 수질규제 기준을 만족하기 위한 하수 2차 처리수의 응집처리에서 응집보조제로써 백운석의 적용가능성 및 특성을 살펴본 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

 1) 백운석은 하수 처리수 중의 인에 대한 흡착능이 있으며, 백운석 주입량이 증가함에 따라 인의 흡착량이 증가하였다. 특히, 백운석의 주입량이 100mg/L 이상인 경우에는 매우 빠르게 흡착평형에 도달하는 것으로 볼 때, 백운석의 인 흡착은 초기의 외부표면에서의 빠른 흡착과 상대적으로 공극 내에서의 느린 흡착으로 이루어지는 것으로 판단된다.

 2) PAC만을 이용한 응집의 경우, 강화된 하수 방류수 중의 총인 규제농도를 만족하기 어려웠으나, 응집보조제로서 백운석을 사용함으로써 인에 대한 흡착 강화와 침전성 개선을 통하여 총인의 규제기준인 0.2mg/L 이하로의 처리가 가능하였다.

3) 하수 처리수의 효율적인 인처리를 위해서는 적정한 백운석의 주입 및 그에 맞는 응집제 주입량의 결정이 매우 중요한 운전요소로 판단되며, 본 연구에서는 PAC 15mgAl/L와 백운석 10mg/L를 혼합 주입하는 것이 총인의 규제기준을 만족하며 동시에 주입량을 최소화할 수 있는 최적의 주입조건으로 판단된다.

결론적으로 하수처리수 중 총인처리를 위한 응집공정에서, 총인의 제거효율 향상시키는 응집보조제로서 백운석의 역할을 확인할 수 있었으며, 적절한 조건을 적용한다면 강화되는 하수처리장 방류수의 총인 규제기준을 만족시킬 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다. 

사사

 본 연구는 환경부 “미래유망 녹색환경기술 산업화 촉진사업”으로 지원을 받아 수행된 연구로 이에 감사드립니다.

Reference

1.국립환경 과학원 (2007), 낙동강수계 제2단계 수질오염총량관리 광역시도 경계점 목표수질(안).
2.김동건, 박대원, 장원석 (2003), 가중응집제로 제강슬래그를 이용한 새로운 응집처리에 대한 연구, 한국물환경학회지, 19(6), pp. 655~661.
3.김규진, 김정욱 (1981), 백운석의 수처리제로서의 활용 방안에 대한 연구 - pH 중화 및 연화처리 -, 대한토목학회지, 29(3), pp. 145~152.
4.이상화, 이규석, 강익중, 윤현희, 함승주, 곽종운 (2004), Al(3), Fe(3)계 응집제의 인 제거 특성 및 플럭의 가시화, 한국공업화학회지, 16(1), pp. 74~80.
5.조용현 (2011), 슬러지 블랑킷형 고속응집침전 공정을 이용한 하수 3차 처리 특성에 관한 연구, 한국수처리학회지, 19(3), pp. 67~73.
6.조재성 (2008), 지르코늄 실리케이트를 응집보조제로 이용한 응집공정에 관한 연구, 인하대학교 석사학위논문.
7.학회자료 (2004), 백운석, 한국광물학회, 17(1), pp. 91~94.
8.환경부 (2009a), 하수도법 시행규칙 일부개정령(안).
9.환경부 (2009b), 하수처리시설 총인 처리강화 시범운영 연구.
10.환경부 (2010), 수질공정시험법.
11.한승우, 강임석 (2010), 응집공정을 이용한 하수처리수 중의 인제거 Mechanism, 대한환경공학회지, 32(8), pp. 774~779.
12.황응주, 천효창 (2009), 생물공정 처리수의 PAC(Poly Aluminum Chloride) 응집에 의한 고효율 인 제거 특성, 대한환경공학회지, 31(8), pp. 673~678.
13.APHA- AWWA-WEF (2005), Standard methods for the examination of water and wastewater, 21th eds.
14.Bratby, J. (2006), Coagulation and Flocculation in Water and Wastewater Treatment, 2nd. Ed., IWA Publishing, London·Seattle, pp. 119~149.
15.Cavagn aro, P.V., Work, S.W., Bennett, E.R. and Linstedt, K.D. (1978), Enhancement of phosphorus removal through iron coagulation following lime precipitation, J. WPCF, pp. 95-100.
16.Dziubek, A. and Kowal, A.L. (1984), Water treatment by coagulation-adsorption with dolomite, Studies in Environmental Science, pp. 205-211.
17.EPA (20 07), Advanced wastewater treatment to achieve low concentration of phosphorus, EPA 910-R-07-002.
18.Johanne s, D. and Waals, V.D. (1873), On the Continuity of the Gaseous and Liquid States, doctoral dissertation, Universiteit Leiden.
19.Karaca, S., Gurses, A., Ejder, M. and Acikyildiz M. (2006), Adsorptive removal of phosphate from aqueous solutions using raw and calcinated dolomite, Journal of Hazardous Materials, 128(1), pp. 273~279.
20.Karaca, S., Gurses, A., Ejder, M. and Acikyildiz M. (2004), Kinetic modeling of liquid-phase adsorption of phosphate on dolomite, Journal of Colloid and Interface Science, 227, pp. 257~263.
21.Otsuka R. (1986), Recent studies on the decomposition of the dolomitet group by thermal analysis, Thermochimica Acta, 100(1), pp 69~80.
22.Rittman n, B. E. and McCarty, P. L. (2002), Environmental Biotechnology, McGraw -Hill Korea, pp. 579~590.
23.Roques, H., Nugroho-Jeudy, L. and Lebugle, A. (1991), Phosphorus removal from wastewater by harf-burned dolomite, Wat. Res., 25(8), pp. 959-965.
24.Takacs, I., Murthy, S., Smith, S. and McGrath, M. (2006), Chemical phosphorus removal to extremely low levels: experience of two plants in the Washington, DC area, Water Sci. Tech., 53(12), pp. 21-28.
25.Water E nvironment Federation (1998), Biological and Chemical Systems for Nutrient Removal, Alexandria, VA.
26.Yeoman, S., Stephenson, T., Lester, J.N. and Perry, R. (1998), The removal of phosphorus during wastewater treatment: A review, Environmental Pollution, 49(3)3, pp. 183–233.
27.Zhoua, Y., Xinga, X.-H., Liu, Z., Cui, L., Yu, A., Feng, Q. and Yang, H., (2008). Enhanced coagulation of ferric chloride aided by tannic acid for phosphorus removal from wastewater, Chemosphere, 72(2), pp. 290–298.