고분자유기응집제의 농업적 활용 연구(농촌진흥청)

김민영 ( Minyoung Kim ),이상봉 ( Sangbong Lee ),김승희 ( Seounghee Kim ),염성현 ( Sunghyun Yum ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

물에 녹여 응집제로 사용되는 고분자유기응집제는 1980년 이래 음식가공, 포장, 제지 생산, 하수처리 분야 등 다양한 분야에서서 다년간 사용되어왔다. 하지만 최근 들어 고분자유기응집제가 토양의 물리성을 개선하고, 토양표면구조를 안정화시키며, 토양유실을 저감시킨다는 새로운 효과들이 밝혀지면서 국내외 많은 관심을 끌었다. 고분자유기응집제를 이용한 다양한 농업활용 연구가 이루어지고 있는 미국, 유럽등지와는 달리국내에서 이에 관한 연구는 극히 미흡하다. 따라서 본 연구에서는 지난 3년간 농촌진흥청 국립농업과학원에서의 연구결과를 종합적으로 소개하고자 한다. 본 발표에는 토양조건에 따라 고분자유기응집제의 적정 사용량 산정을 위한 흡착/탈착 실험, 흙탕물 저감 효과를 분석하기 위한 침강실험, 경사지 토양유실 저감 효과를 분석하기 위한 라이시미터 실험 및 배수로 사면 실험 등이 포함되어 있다. 지금까지의 연구 결과를 바탕으로 보면, 고분자유기응집제는 지속가능한 농업기반 마련을 위한 차선책으로서 중요한 역할을 할 수 있을 것이라 사료된다. The longstanding and wide use of anionic Polyacrylamide (PAM), a water-soluble flocculating agent, has been focused on food processing and packaging, paper production, mine and municipal waste water treatment until the late 1980's. However, its superior functions led the renewal of interest in its further implementations, which were to improve soil physical properties, to stabilize the soil surface structure, to prevent soil erosion, and to reduce turbidity in agricultural runoff. In contrast to US and other countries, the use of PAM in agriculture is new to some extent in Korea. The purpose of this study is to introduce the past and current studies conducted at National Academy of Agricultural Science (NAAS) in Rural Development Administration (RDA). A series of laboratory experiments (e.g., adsorption-desorption process between PAM and soil, turbidity control) and field studies (e.g., prevention of soil erosion) were investigated. The findings of the past and current studies give an affirmative answer that PAM could play a significant role as a secondary strategy for sustainable agriculture.

고분자유기응집제를 이용한 탁도 저감효과 연구

김민영 ( Minyoung Kim ),이채식 ( Chaishik Lee ),이상봉 ( Sangbong Lee ),김승희 ( Seounghee Kim ),염성현 ( Sunghyun Yum ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

고분자유기응집제는 수처리 공정에서 극히 소량(10mg/L 이하)만으로도 큰 효과를 내는 화학 침전제로, 현재까지 다양한 형태 (분말형, 블록형, 유액형 등)로 개발되어 사용되어 왔다. 본 연구에서는 이러한 수처리 응집제로 사용되어 오던 고분자유기응집제를 농업분야에 적용시켜 경사지 밭에서 발생하여 인근 하천에 부영양화를 야기시키는 탁수를 저감하고자 하였다. 시간별 그리고 농도별 응집율 및 침강속도 변화를 측정하였으며, 일정 반응시간 후 상층수를 추출하여 총 부유물질과 탁도를 측정하였다. 연구결과에 따르면, 고분자유기응집제의 적정농도는 10ppm 정도이며, 고분자유기응집제를 사용할 경우 탁도는 70~97% 정도 저감됨을 알수 있었다. 본 연구는 과거 산업 및 수처리 분야에만 국한되었던 고분자유기응집제의 효과를 농업으로 확대시켜, 비점오염원 관리 방안의 하나로서 활용될 수 있음을 보여주었다. Polyacrylamide has been found to be an effective chemical flocculant without aquatic toxicity at typical treatment concentrations (<10mg/L). Different physical forms of PAM (powder, block, emulsion, etc.) that can be used to treat turbid waters with different dosing methods have been investigated in order to achieve flocculation and to reduce turbidity in stilling basins (Peng and Di, 1993; Qian et al., 2004). This study was conducted to evaluate the effectiveness of PAM for turbidity control and the potential of further implementation with pre-existing sediment control strategies. The flocculation rate and its corresponding settling velocity over time were measured through suspended solids and turbidity readings and the relationship among PAM dosage (0, 5, 10, 15, 20 and 25ppm), reaction time and flocculation performance was assessed. As results of this study, PAM dosage higher than 10ppm was not effective to reduce turbidity, and the influence of the reaction time on flocculation was varied case by case. In addition, the reduction rate of suspended solids was ranged from 70 to 97% depending upon PAM dosage. The findings of this study will be further implemented to reduce turbidity from sediment control basins and even construction sites, and also contribute to farm manager and related government employees to establish the Best Management Practices (BMPs).

지표수 및 재이용수내 용존 유기질소의 응집처리

이원태(Won Tae Lee),최준석(June Seok Choi),오현제(Hyun Je Oh) 大韓環境工學會 2012 대한환경공학회지 Vol.34 No.11

용존유기질소(DON)는 염소와 반응하여 인체에 유해한 질소계 소독부산물과 소독능을 저하시키는 유기성 클로라민을 생성할 수 있다. 이러한 물질의 생성을 줄이기 위해서는 소독공정 전에 DON의 제거가 필요하다. 본 연구는 DON을 함유하는 지표수와 재이용수를 이용하여 응집실험을 하고 알루미늄염(alum)과 고분자응집제(polyDADMAC)에 의한 DON의 제거특성을 조사하였다. 또한 DON, 용존유기탄소(DOC), 254 nm 자외선 흡광물질(UVA₂54)의 제거율 및 제거 기작을 비교하였다. 지표수와 재이용수 모두 alum 응집제의 주입농도를 증가시킴에 따라 DON, DOC, UVA₂54 제거율이 점진적으로 증가하였는데, 원수특성과 상관없이 소수성 유기물을 나타내는 척도인 UVA₂54의 제거율이 가장 높았다. 지표수와 재이용수 모두 alum 응집제만 주입한 경우보다 고분자응집제를 같이 주입한 경우 DON의 제거율이 높게 나타났다. 고분자응집제의 전하중화가 작용하는 적정농도범위가 좁아 고분자응집제만 주입하기 보다는 무기응집제와 같이 주입하는 하는 것이 바람직하다. 상대적으로 생성된 후 오랜 시간이 지나지 않은 재이용수의 DON 제거율이 지표수의 DON 제거율보다 높았고, 지표수와 재이용수 모두 10,000 Da 이상 분자량의 DON 제거율이 높게 나타났다. During chlorination processes dissolved organic nitrogen (DON) can form toxic nitrogenous disinfection byproducts and organic chloramines which have little or no bactericidal activity. DON needs to be removed before chlorination processes to reduce the formation of those products. This study investigated the removal of DON from surface water and reclaimed water by coagulation with aluminum sulfate (alum) and a cationic polymer (polyDADMAC). Removal characteristics of dissolved organic carbon (DOC) and ultraviolet absorbance at 254 nm (UVA₂54) were compared with that of DON. Coagulation with alum removed DON, DOC, and UVA₂54 with similar trends, but the removal of UVA₂54 was highest. A dual coagulation strategy of alum and cationic polymer improved the removal of DON. Coagulation with cationic polymer alone was not effective due to its narrow range of charge neutralization. DON in reclaimed water was easier to remove than that in surface water, and higher molecular weight fraction (>10,000 Da) of DON was preferentially removed.

유기 및 무기응집제를 이용한 산성광산배수 침전 연구

오택근,황원정,이종운,차종문,Oh, Taek-Geun,Hwang, Won-Jeong,Lee, Jong-Un,Cha, Jongmun 한국자원리싸이클링학회 2016 資源 리싸이클링 Vol.25 No.3

산성광산배수(Acid mine drainage; AMD)를 처리하기 위한 자연정화시설의 반응조는 긴 체류시간을 위해 넓은 면적이 요구되며, 집중호우로 인해 유량이 급격히 늘어나는 여름에는 체류시간 부족으로 반응이 충분히 일어나지 못하고 많은 오염물질이 유출수로 빠져나가는 현상이 발생한다. 본 연구에서는 국내 부지 및 환경 특성으로 인해 넓은 면적이 요구되는 자연정화시설을 설치하기에 어려움이 있는 폐광산의 AMD에 응집제를 사용하여 빠른 시간 내에 오염물질을 침전시키고 탁도를 개선하는 연구를 진행하였다. W광산에서 배출되는 AMD에 무기응집제 PAC (Poly Aluminium Chloride)와 유기응집제인 PAM (Polyacrylamide) 성분이 포함된 고분자응집제를 사용하여 AMD의 상등수 및 여액의 중금속 농도와 침전된 슬러지의 형태를 파악하기 위해 입도분석, ICP-OES, SEM-EDS 분석을 실시하였다. The passive treatment was required a large area for the treatment of acid mine drainage (AMD), and pollutants were discharged with mine drainage by the increased flow rate in summer. This study was performed to improve the turbidity and to precipitate the pollutants quickly using coagulants and flocculants in AMD of abandoned mine sites that were difficult to build the passive treatment system. The coagulant PAC (Poly aluminium chloride) and flocculant PAM (Polyacrylamide) were selected to improve turbidity in W mine waters. We also tested the particle size analysis, ICP-OES and/or SEM-EDS for water and sludge samples.

이액방식을 이용한 필터프레스 슬러지 탈수성에 대한 연구

홍성민(Seong-Min Hong),이동훈(Dong-Hoon Lee ),김충곤(Choong-Gon Kim),신현곤(Hyun-Gon Shin) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.춘계

생활의 편리와 도시화에 따라 매년 하수의 발생량이 증대되고 있으며, 이와 더불어 슬러지의발생량도 증가하고 있다. 이렇게 발생되는 슬러지는 건조, 퇴비화, 소각 등의 방법으로 최종처리하고있으나, 통상 하수처리시설에서 배출되는 슬러지 탈수케이크의 함수율이 약 81%정도로 비교적 높아이러한 처리방법으로 처리하는데 어려움이 있다. 따라서 본 연구는 고함수 하수슬러지에 이액방식을이용한 응집 후 필터프레스 운전 시 탈수성 변화에 대하여 알아보고자 한다. 그 결과, S시 하수처리장에서 발생되는 탈수대상 슬러지(TS 1%, VS/TS 0.82)에 무기응집제 0.62%/kg-DS와 유기응집제0.55%/kg-DS의 이액방식으로 투입 시 적정 응집반응이 일어났다. 이렇게 응집된 슬러지를 필터프레스에 주입 시 여과속도는 22.08 kg-DS/㎡-hr이였으며, 이 때 배출되는 슬러지케이크의 함수율은 68% 였다. 이는 필터프레스로 유입되는 하수슬러지 입자의 이중전하 특성을 무기응집제 주입으로 불안정하도록 하여 응집강도를 개선하고, 추가적인 유기응집제 주입으로 응집력을 높여 여과속도 및 함수율이 개선되는 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구 결과를 통하여 향상된 함수율의 슬러지 탈수케이크를 건조, 퇴비화 등의 최종처리에 적용한다면 처리 시간 단축 및 전처리 공정의 단순화가 기대된다.

산업폐수의 효율적 처리를 위한 응집제의 주입방법 결정

박세진,정병길 한국환경기술학회 2018 한국환경기술학회지 Vol.19 No.6

The various of raw wastewater inflows to the industrial wastewater treatment plants everyday. This makes it difficult to operate the coagulation and flocculation efficiently as a pretreatment process for the industrial wastewater treatment. Additionally, it causes loads on evaporation and membrane facilities which are the posttreatment and alternative processes. For this reason, this study sampled raw wastewater before and after the NaOH injection. An experiment was conducted to compare the coagulation characteristics according to the methods of coagulant injection (single injection, simultaneous injection, consecutive injection, and inverse injection) aiming at efficient treatment of industrial wastewater. The coagulation experiment was conducted using a jar tester. The TDS removal efficiency by the coagulant injection methods increased in the order of consecutive injection(2.8 %) < single injection(3.9 %) < simultaneous injection(8.1 %) < inverse injection(9.6 %); the TOC removal efficiency grew in the order of single injection(84.3 %) < inverse injection (86.2 %) < consecutive injection(88.6 %) < simultaneous injection(89.1 %); the turbidity removal efficiency grew from single injection(99.7 %) < consecutive injection(99.8 %) ≒ inverse injection(99.8 %) < simultaneous injection (99.9 %). These results show that the simultaneous inorganic coagulant -polymer coagulant injection method was more efficient than the consecutive injection method (inorganic coagulant → polymer coagulant). 폐수수탁처리업에 반입되는 산업폐수의 원수 성상이 매일 달라짐에 따라 전처리 공정인 응집침전공정의 효율적 운전이 어려운 실정이며, 이로 인해 후처리공정인 증발농축 및 대체 공정인 membrane 공정의 부하원인이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 산업폐수의 효율적 처리를 위해 응집제 주입 방법별(단독주입, 동시주입, 순차주입, 역주입) 응집특성을 비교하기 위해 NaOH 주입 전⋅후 폐수 원수를 채수하여 실험하였다. 응집실험은 Jar-tester를 이용하여 진행하였다. 응집제 주입방법별 TDS 제거효율은 순차주입(2.8 %) < 단독주입(3.9 %) < 동시주입(8.1 %) < 역주입(9.6 %) 순으로, TOC 제거효율은 단독주입(84.3 %) < 역주입(86.2 %) < 순차주입(88.6 %) < 동시주입(89.1 %) 순으로, 탁도 제거효율은 단독주입(99.7 %) < 순차주입(99.8 %) ≒ 역주입(99.8 %) < 동시주입(99.9 %) 순으로 각각 나타내어, 이를 종합적으로 고려하여 판단한 결과 순차주입방법(무기응집제→고분자응집제)보다 무기응집제 및 고분자응집제를 동시에 주입하는 방법이 더 효율적인 것으로 나타났다.

호기성 입상화 슬러지를 이용한 SBR 운전의 동력학적 해석 및 설계분석

최성우(Seong Woo Choi) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.4

고분자 응집제를 이용하여 짧은 시간에 형성된 입상형태의 슬러지를 연속회분식 장치에 주입하여 미생물의 호기성 입상화의 특성을 향상시키고, 제조한 입상화 슬러지를 하수에 적용하여 유기물제거에 대한 운전인자를 도출하였다. 유입하수 COD 63~72 mg/L에 대한 유기물 제거속도 계수 k는 10.161 d-1로 일반적 활성슬러지 공법의 k값 5~8 d-1보다 효과적으로 나타났으며, 산소이용에 대한 a`, b` 값은 각각 0.87 mg O₂/mg CODr, 0.11 mg O₂/mg MLVSS·d이었다. 슬러지 합성계수와 자산화계수는 각각 0.45 mg VSS/mg CODr과 0.05 mg VSS/mg MLVSS·d로 일반적 활성슬러지 공법에 비해, 자산화 계수는 비교적 적은 값으로 나타나므로 미생물의 사멸율은 낮은 것을 알 수 있었다. In the present work, the aerobic particle`s characteristics were enhanced. A polymer was used to make aerobic granular sludge in short period of time. And operation parameters were calculated for organic matter removal in domestic wastewater using a sequencing batch reactor (SBR). The experiment for sewage (Influent concentration of 63~72 mg COD/L) by using mature aerobic granular sludge showed the organic matter removal rate k and oxygen utilization coefficient a`, b` were 10.161 d-1 and 0.87 mg O₂/mg CODr, 0.11 mg O₂/mg MLVSS·d respectively. Therefore, it was more effective than K value 5~8 d-1 of conventional activated sludge process. The sludge synthetic value and sludge auto-oxydation value were 0.45 mg VSS/mg CODr and 0.05 mg VSS/mg MLVSS·d respectively. Consequently, mortality rates of microorganisms was lower than conventional activated sludge process.

응집과 막여과 공정에서 응집제에 따른 유기물 및 THMFP제거

박근영,최양훈,진용철,강선구,권지향 대한상하수도학회 2013 상하수도학회지 Vol.27 No.1

Integrated process with coagulation and microfiltration as an advanced water treatment has been expanded its application in recent years due to its superb removal of particles and natural organic matter. In usual, effectiveness of coagulation sometimes determines performance of the whole system. Several new polymeric coagulants introduced to water utilities for better efficiency were studied in this paper. Three polymeric coagulants (i.e., PACl, PACs, and PAHCs) along with alum were evaluated for removal of natural organic matter, especially for reduction of trihalomethane formation potential, for which regulation has become stringent. Turbidity removal was closely related to pH variation showing the reduced turbidity removal by PACs due to the decreases in the pH of supernants at high doses. The four coagulants showed different organic matter removal during coagulation and affected the removal in microfiltration. For instance, DOC concentration was not reduced by microfiltration when PAHCs were used however 10 % of DOC removal was observed by microfiltration with alum coagulation. Coagulation pretreatment also impacted the THM removals, i.e., approximately 30 % of THMs and 13 % of DOC was removed by microfiltration only, but 40 to 67 % of THMs and 30.1 % of DOC was removed by the integrated process. Strategies on selection of coagulants are needed depending on characteristics of target pollutants in raw waters.

인공수로를 이용한 비점오염저감장치의 탁도 저감효과 연구

김민영 ( Minyoung Kim ),김승희 ( Seounghee Kim ),김진오 ( Jinoh Kim ),이상봉 ( Sangbong Lee ),염성현 ( Sunghyun Yum ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

급경사 농경지나 나지에서의 토양침식에 의한 토사발생은 인근 수생태계의 피해를 초래하며, 이는 기후변화에 따른 집중 및 국지성 호우로 인해 더욱 심각해지고 있다. 등고선 재배, 완충지 및 승수로 설치 등 다양한 농경지 비점오염원유출을 억제하고자 하는 많은 대책들이 개발되어 사용되어 오고 있으나, 좁은 면적에 다양한 영농활동을 하는 국내의 현실을 반영하기에는 역부족이다. 지역맞춤형, 저렴한 설치비, 유지관리가 용이한 새로운 비점오염저감대책에 대한 요구가 끊임없이 이어져 왔으며, 본 연구에서는 기존의 비점오염저감시설인 체크댐을 변형시킨 섬유체크댐과 고분자유기 응집제를 혼용한 방법을 제안하였다. 현장적용에 앞서 인공수로를 이용한 각종 수리학적(유량 등), 물리학적 인자(수로경사, 섬유체크댐 종류 등)들이 이러한 새로운 비점오염저감방법의 효능에 미치는 영향을 살펴보았다. Due to increasing awareness of severity by non-point source pollution generated from agricultural farmlands, much studies have been conducted that attempt to reduce the amount of pollutants discharged into neighboring streams and rivers. This study carried out a series of laboratory open channel experiments for turbidity control with a combined application of fiber check dam and Polyacrylamide (PAM). Open-channel facility in a 0.20m wide and 20.0m long was built and various hydraulic and physical conditions of open channel were generated to assess their impacts on turbidity control using fiber check dam and PAM. Positive relationships between the degree of turbidity reduction and a slope of open channel, flow were observed. Different materials for a fiber check dam, straw, coconut fiber, chaff) were compared. Further studies will continue to evaluate the effects of more factors, such as a number of fiber check dam, PAM dosage, etc. on reducing water turbidity.

응집 침전에 의한 용존 유기물 제거에 있어서 pH의 영향

하기성(Ki Sung Ha),이병선(Byung Sun Lee),임준혁(Jun Heok Lim),정진영(Jin Young Jung) 大韓環境工學會 1999 대한환경공학회지 Vol.21 No.12