KR20190082656A - 하·폐수 및 슬러지 처리용 응결제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염을 포함하는 하·폐수 및 슬러지 처리용 응결제 조성물에 관한 것이다. 보다 자세하게는 수용성 알루미늄염의 함량이 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 1 내지 65 중량부이고, 수용성 제2철염의 함량이 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 35 내지 99 중량부인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물에 관한 것이다.

Description

하·폐수 및 슬러지 처리용 응결제 조성물{Coagulant composition for sewage, waste water and sludge treatment}
본 발명은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염을 포함하는 하·폐수 및 슬러지 처리용 응결제 조성물로, 보다 자세하게는 수용성 알루미늄염의 함량이 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 1 내지 65 중량부이고, 수용성 제2철염의 함량이 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 35 내지 99 중량부인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물에 관한 것이다.
수처리 약품이란 수처리 공정에 사용되는 천연 및 화학물질의 반응에 의해 제조된 모든 약품을 통칭하는 것으로, 좁은 의미로는 정수처리 공정에 적용되는 약품만을 환경부 고시에 의해 수처리제로 등록되어 있으며, 넓은 의미로는 하, 폐수 처리 및 용수, 냉각수 등 전체 공정에서 적용되는 약품을 의미한다.
수중의 오염물질의 종류가 다양하므로 실제 수처리 공정에서는 응결제와 응집제(Coagulants and Flocculants), 청관제(Corrosion Inhibitors), 스케일 방지제(Scale inhibitor), pH 조절제로 산 및 알칼리, 거품관리를 위한 소포제 및 기포제, 살균제(Biocides), 중금속 등의 금속류 제거를 위한 중금속 처리제(Chelating agent), 유분 함유시 이를 분리하기 위한 유분 분리 또는 에멀젼 제거제(Emulsion breaker) 등 기타 다양한 제품들로 구분되며 그 응용분야는 정수, 하수 폐수, 제지, 광물, 석유시추, 식품류와 석유화학 등의 산업폐수 등의 분야에 적용이 되고 있다.
본 발명은 그 중 무기 응결제에 관한 것으로, 국내에서는 응결제(Coagulant)와 응집제(Flocculant)의 구분이 없이 함께 응집제로 통칭되나 외국의 경우, 금속이온을 기초로 하여 반응하는 무기 응결제(Inorganic coagulant), 석유화학 계열의 단량체(Monomer)를 중합하여 중합체 중 하전을 이용한 기작을 하는 유기 응결제(Organic coagulant) 및 고분자 응집제(Polymeric flocculant)를 구분하고 있다.
물 또는 폐수에 존재하는 물질은 다양한 조성 및 형태로 존재하기 때문에 이러한 조성 중 용존성 물질 및 현탁성 물질과 반대 하전간의 결합을 통해 전기 이중층의 반발을 최소화하여 침전 또는 미세한 플럭(floc)을 형성하는 응결제와 생성된 미세 플럭을 조대화(Bridge)하기 위해 고분자물질로 구성된 고분자 응집제로 구분할 수 있으며, 일반적인 개념에서는 용존성 물질을 처리하기 위한 1차 화학처리에 적용되는 응결제와 침전, 부상 및 탈수공정 등 고액분리 공정의 감량화에 적용이 되는 응집제로도 분류할 수 있으나 각 폐수(Sludge)의 특성에 따라 응결제를 침전, 부상 및 탈수용으로 적용할 수도 있으므로 명확한 구분이 되지 않는다.
무기 응결제는 주로 알루미늄(Al)을 주원료로 적용하는 황산알루미늄(액체반토, Alum) 및 폴리알루미늄클로라이드 (PAC) 등이 사용되며 철(Fe)을 주원료로 하는 염화철 및 황산철 계열도 적용된다. 단분자형과 고분자형으로 구분하여 그 종류는 아래와 같다.
[Molecular Inorganic Coagulant, 단분자 무기 응결제]
① 황산알루미늄(Aluminum Sulphate): Al2(SO4)3·18H2O
② 황산제1철(Ferrous Sulphate): FeSO4·7H2O
③ 염화제1철(Ferrous Chlorid): FeCl2
④ 황산제2철(Ferric Sulphate): Fe2(SO4)3
⑤ 염화제2철(Ferric Chloride): FeCl3
⑥ 수산화칼슘(Calcium Hydroxide): Ca(OH)2
⑦ 산화칼슘(Calcium Oxide): CaO
⑧ 알루민산 나트륨(Sodium Aluminate): Na2Al2O4
⑨ 황산 알루미늄 암모늄(Aluminum ammonium Sulphate): Al2(SO4)3(NH3)2SO4·24H2O
⑩ 탄산나트륨(Sodium Carbonate): Na2CO3
⑪ 염화코퍼러스(Chlorinated Copperas): FeCl2 + Fe4(SO3)4
⑫ 칼리 백반(Potash alum): Al2(SO4)·3K2SO4
[Polymeric inorganic Coagulant, 고분자형 무기 응결제]
① 폴리염화알루미늄(Poly Aluminium Chloride, PAC): [Al2(OH)nCl6 -n]m
② 폴리황산알루미늄(Poly Aluminium Sulfate): [Al2(OH)n(SO4)3 -n/ 2]m
③ 폴리황산알루미늄 규산(Poly Aluminium Sulfate Silicate): Ala(OH)b(SO4)c(SiOx)d
④ 폴리염화알루미늄 규산(Poly Aluminium Chloride Silicate): Ala(OH)b(Cl)c(Si)d
⑤ 폴리염화알루미늄 칼슘(Poly Aluminium Chloride Calcium): Ala(OH)b(Cl)c(Ca)d
유기 응결제로는 주로 폴리 아민(Polyamine)류가 주로 적용이 되며, 일부 폴리데드막 (PolyDADMAC)류가 사용된다. 폴리아민류는 에피클로로 히드린 (Epichloro hydrin)과 디메틸하민(Dimethylamine)의 중합반응에 의해 제조되며, 폴리데드막은 알릴 클로라이드(Allyl chloride)와 디메틸아민(Dimethylamine)을 이용하여 알릴디메틸아민(Allyldimethylamine)을 제조한 후 다시 알릴클로라이드를 투입하여 디알릴디메틸 암모니움 클로라이드(Diallyldimethyl ammonium chloride)를 제조한다. 이를 다시 중합하면 폴리데드막이 제조되며, 그 구조는 단량체들의 중합형태로 각 단량체에 양이온 하전을 가지고 있는 형태이며, 중합체이므로 상용화된 제품들은 분자량, 구조 및 분자량 분포 등의 차이가 있어 적용하는 응용분야가 다르다.
무기 및 유기 응결제는 모두 수중에서 양이온을 가져 표면에 음이온을 가진 오염물을 제거하는 형태로 적용이 되며, 그 응용방식에서 다소 차이가 있다. 무기 응결제는 응결작용 자체 효율은 유기 응결제보다 우수하나 산성(Acid) 조건에서 제조되므로 투입 시 pH 를 낮게 하는 작용, 용존성 유기물 및 콜로이드(Colloid) 물질과의 응결반응, 슬러지의 하전 중화, 수산화물 및 수산화물의 수화물 형성 등 다양한 기작을 하게 되며 pH 에 따라 Al의 이온종이 변화되어 주된 반응에 차이가 생기게 되며, 중화를 하기 위한 알칼리 원으로서 수산화나트륨 (NaOH) 등을 적용하게 된다.
폐수의 성상에 따라 차이가 있으나 중화제 소모량은 황산알루미늄 액상의 경우, 190g/kg, PAC의 경우 60g/kg, 염화제2철의 경우 280 g/kg 이 소모되며, 금속 수산화물의 경우도 황산알루미늄은 122g/kg, PAC 는 153 g/kg, 염화제2철의 경우 250g/kg 의 수산화물을 형성되나 유기 응결제의 경우 이러한 영향이 없다.
부식성은 알루미늄 계열의 경우 STS 304 에 대해 부식성이 거의 없으나 염화제2철은 99.4 mmd(mg/m2/day)의 부식성을 가지는 단점이 있다. 이와 달리 유기 응결제는 pH와 무관하게 중합체 사슬에 양이온 하전을 가지고 있어 pH에 무관하게 적용이 가능한 장점이 있으나 단분자 또는 고분자형 무기 응결제보다 용존성 유기물을 제거하는 효율은 낮고 플럭을 일정 수준까지 조대화를 하는 능력은 더 높은 특징을 가진다.
고분자 응집제의 경우, 본 발명과 큰 관련이 없는 바 간단하게만 소개하자면 수중에 현탁(Suspended)되어있는 미세입자를 결합시키는 응집능력을 가지고 있는 천연 및 합성 유기 물질들이 다양하게 존재하는데, 예를 들어 수중에서 양이온성을 가지는 수용성 고분자 화합물은 어느 것이나 일정 수준에서의 하전 간 결합에 의해 응집능력을 가지고 있다. 그러나 실제로 수처리 및 고액 분리 공정에 중합체로써 수용성 고분자 응집제가 적용된 지는 얼마 되지 않았다. 고분자 응집제는 대부분 폴리 아크릴아마이드 (Polyacrylamide) 계열이 대부분 이며, 하전적 특성에 따라 양이온성(Cationic), 음이온성(Anionic), 비이온성(nonionic), 양쪽성(Amphoteric)으로 구분이 되며, 분자량에 따라 저분자량, 중분자량 및 고분자량이 있으며, 구조의 형태에 따라 선형(Linear), 가교형(Branch) 및 망상형(Cross-linked)이 있으며, 성상에 따라 분말(Powder), 에멀젼(Emulsion), 액체(Liquid), 비드(Bead), 수분산형(W/W dispersant) 등으로 분류된다.
한편, 수처리 시설에서 하·폐수를 정화하는 정화단계 이후, 슬러지 처리 시설에서 처리수와 분리된 슬러지를 자원화 또는 처분하는 슬러지 처리 단계를 거칠 수 있다. 특히, 슬러지 처리의 경우, 슬러지 처리의 관리불량으로 인해 수처리 시설 중에 슬러지가 순환하여 방류수의 수질을 악화시킬 우려가 있고, 슬러지 처리시설에서 처리가 진행됨에 따라 슬러지의 고형물농도가 증가하여 시간의 경과에 따라 슬러지의 부패에 의한 악취가 발생하기 쉽다. 게다가 슬러지 처리 시설은 하·폐수 처리장 안에서도 수처리 시설 다음으로 큰 에너지를 소비하고 있어 에너지 절약을 고려하여 유지 관리가 필요하다.
여러 가지 환경문제를 야기해 온 대도시 인구 집중 현상은 하?폐수 처리량 증가에 따른 슬러지 발생량의 증가에도 한 몫을 담당했다고 할 수 있다. 슬러지 중에는 유기물 성분이 상당량 함유되어 있어 부패되기 쉽기 때문에 신속한 처리가 필요하며, 그 처리방법으로 90년대 후반까지는 주로 단순매립방법이 채택되었다. 하지만 1997년에 개정된 폐기물관리법에서 직매립을 금지함에 따라 대안으로 시설투자비 없이 저렴한 비용으로 처리할 수 있는 해양배출을 선호하게 되었으며, 2004년에는 전체 발생량의 77%를 해양배출 처리할 정도로 급격하게 증가되었다. 그러나 해양오염방지에 관한 국제협약(런던협약 1996년 의정서)의 영향으로 해양배출도 어려워질 것으로 전망되고 있으며, 이는 슬러지 육상 처리시설의 시설용량이 전체 발생량의 20%정도에 불과한 우리나라의 실정을 감안할 때 상당한 혼란이 초래될 것으로 예상된다.
이러한 상황을 고려할 때 슬러지의 육상 처리시설 확충이 시급하다 하겠지만, 직매립을 대체할 적정 처리공법의 부재 및 재활용 제품의 수요처 확보 곤란 등 처리시설의 설치에 장애가 되는 요소들이 많아 처리공법 선정이 어려울 뿐 아니라 설치사업도 민원발생 등의 영향으로 지연되는 등 전체적으로 슬러지 처리시설의 설치가 부진한 실정이라 할 것이다.
국내 하수처리장에서 주로 채택하고 있는 하수 처리 공법인 표준 활성 슬러지법에 의한 하수 처리과정에서 발생되는 슬러지의 종류 및 특성은 아래 표 1(슬러지 종류 및 특성)과 같다.
Figure pat00001
일반적으로 표준 활성 슬러지법에 의한 처리 공정에서 발생되는 생 슬러지와 잉여 슬러지의 양은 전체 유입 하수량의 약 1% 정도이며, 고형물 양의 40～90%가 유기물이고 함수율은 97～99%로 이런 상태에서는 최종 처분하는 데 많은 문제점이 있다.
즉 슬러지 중에 다량 포함된 유기물은 극히 불안정하여 부패하기 쉽고 부패 시 악취발생은 물론 인체와 생물에 유해한 물질이 발생될 수 있으며 위생상의 문제를 유발시킬 수 있다. 또한 함수율이 높은 슬러지는 최종 처분장으로의 운반에 많은 비용이 소요될 뿐 아니라 처리시설의 용량도 커지게 된다. 따라서 슬러지는 기본적으로 안정화, 안전화 및 감량화가 필수적이다.
슬러지의 경우, 그 처리비율 면에서 볼 때 해양배출에 의한 처리량이 2004년 기준으로 전체 슬러지 처리량의 약 77%로 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 그러나 해양배출에 의한 처리는 전술한 바와 같이 런던협약 의정서의 영향으로 궁극적인 슬러지 처리대책으로는 볼 수는 없다.
해양배출과 매립을 제외한 처리방법으로 가장 선호도가 높은 방법은 소각 처리 방법이다. 하지만 소각은 소규모 시설 설치시 설치비가 과다 소요되며, 처리비용이 비싸고 대형 시설의 경우 소각에 대한 부정적인 인식 때문에 입지 확보에 어려움을 겪고 있다.
소각 처리 이외의 슬러지 처리방법으로 재활용 기술의 활용을 고려해 볼 수 있는데, 재활용 시설에 적용하는 처리공법으로는 건조, 고화, 탄화, 연료화 등의 기술이 있으나 공통적으로는 2차 오염 발생 가능성 및 수요처 한정 등으로 대량 처리가 곤란하다는 문제점이 지적되고 있다.
한국등록특허 제506,161호 (2005.7.27. 등록) 한국등록특허 제497,992호 (2005.6.20. 등록) 한국등록특허 제374,148호 (2003.2.17. 등록)
한승우외, 정수처리 응집효율 개선을 위한 Al(III)염과 Fe(III)염 응집제의 비교, 대한환경공학회지 37권, 6호 pp. 325-331, 2015
본 발명은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염을 포함하는 하·폐수 및 슬러지 처리용 응결제 조성물에 관한 것이다. 보다 자세하게는 수용성 알루미늄염의 함량이 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 1 내지 65 중량부이고, 수용성 제2철염의 함량이 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 35 내지 99 중량부인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 응결제 조성물은, 하·폐수 및 슬러지 처리시 철염 계열의 응집제보다 반응속도를 빠르게 촉진시키기 위해 알루미늄 계열의 응집제를 혼합함으로써 그 처리 효율을 향상시키며, 슬러지 탈수 처리시 탈수 케이크의 함수율 향상, 탈리액의 수질 향상, 황화수소(H2S), 암모니아(NH3) 등의 냄새 제거 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 철염 계열의 무기 응결제가 알루미늄 계열 무기 응결제보다 플럭(floc)의 형성속도, 침강속도가 매우 우수하며 Fe3 +, Fe2 +로 바뀌면서 유기물을 산화시키기 때문에 유기물 제거에도 매우 유용하다. 그러나 철염 계열의 응결제도 유기물, 부유성 고형물질(Suspended Solid, SS) 등 악성 폐수 유입시에는 그 효력을 제대로 발휘하지 못한다.
이에 본 발명에 따른 조성물을 사용하는 경우에는 하·폐수 처리시 알루미늄 계열이 반응 속도를 촉진시켜 악성 폐수에서도 유기물, SS 등의 수처리 효율이 향상되는 것은 물론 황화수소(H2S), 암모니아(NH3)의 악취제거에도 우수하다.
또한, 슬러지 탈수 처리시 일반적으로 유기 응결제(수처리용 고분자)를 사용하여 처리하는데 있어, 보다 효율을 높이기 위해 무기 응결제(철염 계열 또는 알루미늄 계열)를 병행하여 처리하지만 그 효과가 저조하다. 따라서 그 효과를 높이기 위해 철염 계열의 응결제에 알루미늄 계열의 응결제를 혼합할 경우 무기응결제가 슬러지에 반응하는 속도를 촉진시켜 보다 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 응결제 조성물은 고형분, 유기물이 높은 악성폐수 처리시 플럭 형성 상태 및 침강 상태를 향상시켜 유기물 제거에 더 탁월해지는 바, 보다 효율적인 수처리가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 응결제 조성물은 악성 폐수에서도 수처리 효율을 향상시킬 수 있고, 하·폐수 슬러지를 탈수시킬 때 알루미늄 계열이나 철염 계열의 응결제 대신 본 발명에 따른 응결제 조성물을 사용할 경우, 슬러지 탈수 케이크의 함수율 향상, 탈리액의 T-P(총인량), T-N(총질소량) 등의 처리 효율을 향상시킬 수 있으며 황화수소(H2S), 암모니아(NH3) 등의 냄새 제거 처리 효율 또한 향상된다. 한편, 슬러지에는 인산, 암모니아, 마그네슘 등이 존재하는 바 이로 인하여 스트루브석(Struvite, MgNH4PO4·6H2O)이 생성된다. 본 발명에 따른 응결제 조성물을 사용할 경우, 철염 계열의 무기 응집제보다 빠른 반응속도로 인하여 슬러지 내 인산염 및 마그네슘과의 빠른 속도로 반응함으로써 스트루브석의 생성을 억제시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 응결제 조성물 및 황산제2철과 스트루브석의 준비상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 응결제 조성물 및 황산제2철에 스트루브석을 가한 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 응결제 조성물 및 황산제2철에 스트루브석을 가하고, 20분 경과 후 각각의 응결제 조성물을 제거한 후 남은 스트루브석의 상태를 나타낸 도면이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명의 일 양태는 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염을 포함하는 수중의 슬러지 처리용 응결제 조성물이다.
본 명세서에서 용어 “슬러지(sludge)”란 석유, 해수, 담수 등 액상의 대상물질 내 침전형태로 존재하는 불용해물을 의미하며, “슬러지 처리”란 상기 대상물질로부터 분리된 슬러지를 제거, 자원화 또는 유해성을 감소시키거나 탈리액의 수질을 향상시키는 일련의 공정을 의미한다. 따라서, “수중의 슬러지 처리”란 폐수 또는 하수 처리 후 발생하는 슬러지를 처리하는 공정을 의미한다.
구체적으로, 본 발명의 응결제 조성물이 적용되는 슬러지는 탈수 슬러지이다. 본 명세서에서 용어 “탈수 슬러지”는 수분감소를 통해 고형물 농도가 20% 이상인 케이크(Cake) 형태의 슬러지를 의미한다.
본 발명에 따른 응결제 조성물은 수용성 알루미늄염이 황산알루미늄, 폴리황산알루미늄, 폴리황산규산알루미늄, 염화알루미늄, 폴리염화알루미늄, 폴리수산화염화황산알루미늄 및 폴리수산화염화규산알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 본 발명에 따른 응결제 조성물에 있어서, 슬러지 처리시의 수용성 알루미늄염의 함량은 수용성 알루미늄 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 1 내지 65 중량부이며, 보다 더 구체적으로는 1 내지 25 중량부이고, 가장 구체적으로는 1 내지 10 중량부이다.
본 발명에 따른 응결제 조성물은 수용성 제2철염이 황산제2철, 폴리황산제2철, 염화제2철 및 폴리염화제2철로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 본 발명에 따른 응결제 조성물에 있어서, 슬러지 처리시의 수용성 제2철염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 35 내지 99 중량부이며, 보다 더 구체적으로는 75 내지 99 중량부이고, 가장 구체적으로는 90 내지 99 중량부이다.
본 발명의 다른 양태는 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염을 포함하며, 수용성 알루미늄염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 1 내지 65 중량부이고, 수용성 제2철염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 35 내지 99 중량부인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리용 응결제 조성물이다.
하폐수 처리시의 수용성 알루미늄염의 함량을 보다 더 구체적으로 살펴보면, 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부이고, 가장 구체적으로는 5 내지 20 중량부이다. 또한, 하폐수 처리시의 수용성 제2철염의 함량도 보다 더 구체적으로 살펴보면, 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 60 내지 95 중량부이고, 가장 구체적으로는 80 내지 95 중량부이다.
본 명세서에서 용어 “하·폐수 처리”란 하수 또는 폐수 내 존재하는 유해물질을 감소시키거나 물성을 개선시켜 가정적, 산업적 용도로 재사용되거나 또는 적어도 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위한 일련의 처리과정을 의미한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예 1. 응결제 조성물의 제조
하기 표 2와 같이, 황산제2철에 황산알루미늄을 혼합하여 제조하는 바, 보다 상세하게는, Fe3 + 농도가 5 내지 20 wt%인 황산제2철과 Al2O3의 농도가 5 내지 10 wt%인 황산알루미늄을 혼합하여 Fe3 +의 농도가 2 내지 12 wt%, Al2O3의 농도가 0.05 내지 5 wt%인 하·폐수 및 슬러지 처리용 응결제 조성물을 제조하였다. (표 2: 응결제 조성물의 조성비)
Figure pat00002
실시예 2. 응결제 조성물의 일반 하수 처리
표 3은 일반 하수 처리시, 황산알루미늄, 황산제2철 및 본 발명에 따른 응결제 조성물의 성상별 Jar-Test 비교 실험이다(표 3: 응결제 조성물의 일반 하수 처리 결과). 다음 표에 나타낸 바와 같이, 황산알루미늄, 황산제2철, 본 발명에 따른 응결제 조성물(황산알루미늄+황산제2철)을 각각 40 ppm 농도로 A지역 하수 처리장의 하수에 투입하여, SS, T-P, BOD 값을 측정하였다. SS, T-P, BOD의 측정방법은 (수질오염폐기물토양오염) 공정시험방법(동화기술편집부 저)에 기재된 방법을 사용하였다.
Figure pat00003
황산알루미늄 및 황산제2철 대비 본 발명에 따른 응결제 조성물은 일반 하수 처리 후 부유성 고형물질(Suspended Solid, SS) 함량, 총인량(T-P), 생화학적 산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand, BOD) 측면에서 우수한 효과가 있음을 확인할 수 있다.
실시예 3. 응결제 조성물의 하수 중 반려수 처리
표 4는 하수 중 반려수 처리시, 황산알루미늄, 황산제2철 및 본 발명에 따른 응결제 조성물의 성상별 Jar-Test 비교 실험이다(표 4: 응결제 조성물의 하수 중 반려수 처리 결과). 다음 표에 나타낸 바와 같이, 황산알루미늄, 황산제2철, 본 발명에 따른 응결제 조성물(황산알루미늄+황산제2철)을 각각 300 ppm, Polymer 5 ppm 농도로 B지역 하수처리장의 반려수에 투입하여, SS, T-P, COD 값을 측정하였다. COD의 측정방법은 (수질오염폐기물토양오염) 공정시험방법(동화기술편집부 저)에 기재된 방법을 사용하였다.
Figure pat00004
황산알루미늄 및 황산제2철 대비 본 발명에 따른 응결제 조성물(황산알루미늄+황산제2철)은 하수 중 반려수 처리 후 부유성 고형물질(Suspended Solid, SS) 함량, 총인량(T-P), 화학적 산소 요구량(Chemical Oxygen Demand, COD) 측면에서 우수한 효과가 있음을 확인할 수 있다.
실시예 4. 응결제 조성물의 제지폐수 처리
표 5는 제지폐수 처리시, 황산알루미늄, 황산제2철 및 본 발명에 따른 응결제 조성물의 성상별 Jar-Test 비교 실험이다(표 5: 응결제 조성물의 제지폐수 처리 결과). 다음 표에 나타낸 바와 같이, 황산알루미늄, 황산제2철, 본 발명에 따른 응결제 조성물(황산알루미늄+황산제2철)을 각각 220 ppm, Polymer 15 ppm 농도로 C제지회사의 폐수에 투입하여, 탁도, SS, COD 값을 측정하였다. 탁도의 측정방법은 (수질오염폐기물토양오염) 공정시험방법(동화기술편집부 저)에 기재된 방법을 사용하였다.
Figure pat00005
황산알루미늄 및 황산제2철 대비 본 발명에 따른 응결제 조성물은 제지폐수에 처리 후 부유성 고형물질(Suspended Solid, SS) 함량, 탁도, 화학적 산소 요구량(Chemical Oxygen Demand, COD) 측면에서 우수한 효과가 있음을 확인할 수 있다.
실시예 5. 기간(5일)에 따른 응결제 조성물의 하수 중 반려수 처리
표 6은 B지역 하수처리장 반려수 처리조 현장에 황산알루미늄, 황산제2철 및 본 발명에 따른 응결제 조성물(성상별)을 투입하여 5일간 비교실험한 결과이다(표 6: 5일간 응결제 조성물의 하수 중 반려수 처리 결과). 다음 표에 나타낸 바와 같이, 황산알루미늄, 본 발명에 따른 응결제 조성물(황산알루미늄+황산제이철)을 각각 300 ppm, Polymer 55 ppm 농도로 투입하여, SS, T-P 값을 측정하였다.
Figure pat00006
황산알루미늄 및 황산제2철 대비 본 발명에 따른 응결제 조성물은 하수 중 반려수에 처리 후 5일차까지의 결과를 비교하면, 부유성 고형물질(Suspended Solid, SS) 함량, 총인량(T-P) 측면에서 우수한 효과가 있음을 확인할 수 있다.
실시예 6. 응결제 조성물의 슬러지 처리
표 7은 황산알루미늄, 황산제2철 및 본 발명에 따른 응결제 조성물(성상별)을 D지역 하수처리장 슬러지 처리조 현장에 투입하여 탈리액 및 슬러지를 실험한 결과이다(표 7: 응결제 조성물의 슬러지 처리 결과 (D 지역)). 다음 표에 나타낸 바와 같이, 황산알루미늄, 황산제2철, 본 발병에 따른 응결제 조성물(황산알루미늄+황산제2철)을 각각 1500 ppm, Polymer 5 ppm 농도로 투입하여, 탈리액의 SS, T-P, 슬러지의 함수율, 악취(NH3, H2S) 값을 측정하였다. 함수율은 CXM50(수분측정기)로 측정하였으며, 악취는 GV-100S(기체채취기)로 측정하였다
Figure pat00007
황산알루미늄 및 황산제2철 대비 본 발명에 따른 응결제 조성물은 슬러지 처리 후 탈리액에서의 부유성 고형물질(Suspended Solid, SS) 함량 및 총인량 측면에서, 슬러지에서의 함수율 및 악취 측면에서 우수한 효과가 있음을 확인할 수 있다.
표 8은 E 지역 하수처리장 탈수동에서 본 발명에 따른 응결제 조성물, 본 발명에 따른 응결제 조성물에 SiO2 (0.2 wt%)를 첨가한 조성물 및 황산제2철의 슬러지 처리효율을 비교한 결과이다(표 8: 응결제 조성물의 슬러지 처리 결과 (E 지역)).
Figure pat00008
혼합저류조 슬러지에 불용성 Mg 제거효율은 본 발명에 따른 응결제 조성물이 황산제2철보다 우수하였으며, 탈리액의 SS 및 T-P제거효율, 탈수슬러지의 함수율 모두 본 발명의 응결제 조성물이 우수하였다. NH3 및 H2S 제거효율도 부다 우수하여 악취제거에도 보다 효율적임을 알 수 있다. 아울러, 본 발명의 응결제 조성물에 SiO2 (0.2 wt%)를 첨가한 경우 슬러지 처리효율이 약간 더 상승하는 것을 알 수 있었다.
표 9는 F 지역 하수처리장 탈수동에서 본 발명의 황산알루미늄+황산제2철 응결제 조성물과 타사 황산제2철의 슬러지 처리효율을 비교한 결과이다(표 9: 응결제 조성물의 슬러지 처리 결과 (F 지역)). 8일 동안 혼합저류조, 탈리액, 탈수케익은 1일 2회 채수하여 실험하였으며, 1일차에는 타사 황산제2철을 투입하고, 2~5일차에는 본 발명에 따른 응결제 조성물을 투입하였다.
Figure pat00009
*A: 혼합저조류/ B: 탈리액 /C: 탈수케이크
본 발명의 응결제 조성물은 타사 황산제2철과 비교했을 T-P제거효율은 약 17%, T-N 제거효율은 약 31% 우수하였으며, 함수율 역시 약 0.6% 낮아 탈수케이크의 탈수효율도 향상되었다. 아울러, NH3가 약 8.6%, H2S가 약 48% 낮아 악취제거 효과 역시 우수함을 알 수 있었다.
실시예 7. 투입수 종류별 종래의 응결제와의 비교실험
표 10은 A지역 하수처리장 하수, 표 11은 B지역 하수처리장 반려수, 표 12는 C제지회사 폐수에 본 발명에 따른 응결제 조성물을 종래 무기 응결제들과 동일 투입량으로 하여 Jar-Test 비교 실험한 결과이다.
(표 10: 본 발명에 따른 응결제 조성물과 종래 무기 응결제 비교 실험(일반 하수);
표 11: 본 발명에 따른 응결제 조성물과 종래 무기 응결제 비교 실험(하수 중 반려수);
표 12: 본 발명에 따른 응결제 조성물과 종래 무기 응결제 비교 실험(제지폐수))
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
종래의 응결제들(황산제2철, 염화제2철, 폴리염화알루미늄 및 황산알루미늄)과 본 발명에 따른 응결제 조성물을 동일투입량으로 하여, 일반 하수, 하수 중 반려수 및 제지폐수에 처리한 결과, 일반하수에서는 부유성 고형물질(Suspended Solid, SS) 함량, 총인량(T-P), 생화학적 산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand, BOD) 측면에서 우수한 효과가 나타났다. 하수 중 반려수에서는 부유성 고형물질 함량, 총인량(T-P), 화학적 산소 요구량(Chemical Oxygen Demand, BOD) 측면에서 우수하였고, 제지폐수에서는 탁도, 부유성 고형물질 함량, 화학적 산소요구량 측면에서 우수하였다.
실시예 8. 기간(5일)에 따른 종래의 응결제와의 비교실험
표 13은 본 발명에 따른 응결제 조성물을 종래 무기 응결제들과 동일 투입량으로 하여 B지역 하수처리장 반려수 처리조 현장에 각 계열별로 투입하여 5일간 비교실험한 결과이다(표 13: 본 발명에 따른 응결제 조성물과 종래 무기 응결제 비교 실험(하수 반려수)).
Figure pat00013
종래의 응결제들(황산제2철, 염화제2철, 폴리염화알루미늄 및 황산알루미늄)과 본 발명에 따른 응결제 조성물을 300 ppm 동일투입량으로 하여 하수 중 반려수에 처리한 결과, 하수 중 반려수에서는 부유성 고형물질 함량, 총인량(T-P) 측면에서 우수하였다.
실시예 9. 스트루브석(Struvite, MgNH4PO4·6H2O) 용해 실험
본 발명에 따른 응결제 조성물 및 황산제2철로 스트루브석을 용해하는 실험을 수행하였다. 1) 각각의 응결제 조성물 및 스트루브석을 준비하고, (도 1.)
2) 본 발명에 따른 응결제 조성물과 황산제2철 각각 100ml에 10g의 스트루브석을 가하였다. (도 2.)
3) 20분 경과 후 스트루브석 용해 결과는 도 3과 같다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 응결제 조성물은 스트루브석이 완전히 용해된 반면, 황산제2철의 경우에는 여전히 스트루브석이 3g 남아있는 것을 확인할 수 있었다. 스트루브석의 용해 실험결과는 표 14와 같다(표 14: 스트루브석 용해 실험).
Figure pat00014

Claims (13)

  1. 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염을 포함하는 수중의 슬러지 처리용 응결제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬러지는 탈수 슬러지(dewatered sludge)인 응결제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    수용성 알루미늄염은 황산알루미늄 황산알루미늄, 폴리황산알루미늄, 폴리황산규산알루미늄, 염화알루미늄, 폴리염화알루미늄, 폴리수산화염화황산알루미늄 및 폴리수산화염화규산알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    수용성 제2철염은 황산제2철, 폴리황산제2철, 염화제2철 및 폴리염화제2철로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    수용성 알루미늄염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 1 내지 65 중량부인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    수용성 알루미늄염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    수용성 제2철염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 35 내지 99 중량부인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    수용성 제2철염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 75 내지 99 중량부인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물.
  9. 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염을 포함하며, 수용성 알루미늄염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 1 내지 65 중량부이고, 수용성 제2철염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 35 내지 99 중량부인 것을 특징으로 하는 하·폐수 처리용 응결제 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    수용성 알루미늄염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물.
  11. 제9항에 있어서,
    수용성 제2철염의 함량은 수용성 알루미늄염 및 수용성 제2철염 100 중량부에 대하여 60 내지 95 중량부인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물.
  12. 제9항에 있어서,
    수용성 알루미늄염은 황산알루미늄, 폴리황산알루미늄, 폴리황산규산알루미늄, 염화알루미늄, 폴리염화알루미늄, 폴리수산화염화황산알루미늄 및 폴리수산화염화규산알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물.
  13. 제9항에 있어서,
    수용성 제2철염은 황산제2철, 폴리황산제2철, 염화제2철 및 폴리염화제2철로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 응결제 조성물.
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