응집제 자동주입장치를 이용한 소화슬러지 및 농축슬러지의 탈수특성 비교

정병길,윤태경,김진영,한영립,최영익,성낙창,강동효,허승녕 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

본 연구는 하수슬러지의 플록상태를 파악할 수 있는 응집제 자동투입장치를 탈수기 전단에 장착하여 하수슬러지(소화슬러지, 농축슬러지) 플록상태에 따른 고분자 응집제 주입량을 다르게 함으로써 탈수케이크의 함수율저감 및 응집제 사용량 절감, 탈수여액의 수질개선 등을 평가하는데 그 목적이 있다. 응집제 자동투입장치를 B시 N하수처리장 소화슬러지 및 S하수처리장 농축슬러지에 적용한 결과 고속회전 및 응집제 분사를 통한 균일한 플록이 형성됨에 따라 탈수케이크 함수율 및 응집제 주입율 저감효과를 나타내었다. 하수슬러지의 탈수실험 결과 소화슬러지에 대한 고분자 응집제의 적정주입율은 12%로 나타났으며, 이때의 비저항계수(SRF)는 1.11×10¹¹ m/kg으로 나타났다. 또한, 농축슬러지에 대한 고분자 응집제의 적정주입율은 16%로 나타났으며, 이때의 비저항계수(SRF)는 1.68×10¹¹ m/kg으로 나타났다. 또한 응집제 자동투입장치의 회전속도와 유입 하수슬러지량 대비 고분자 응집제 주입율과의 상관관계를 평가한 결과 회전속도를 900~1,200 rpm의 범위 내에서 운전시 플록형성이 양호하게 나타났다. 기존 시스템 대비 응집제 자동투입장치의 경제성 평가 결과 N하수처리장 및 S하수처리장의 경우 각각 연간 263,542,490원 및 42,174,700원으로 산출되었으며, 시설투자비 회수기간은 각각 2.3년 및 7.1년으로 나타났다. 따라서, 하수처리장 탈수기 전단에 응집제 자동투입장치를 적용함으로써 함수율 및 약품주입량 저감 뿐만 아니라 중앙제어실을 통한 실시간 모니터링이 가능하므로 인력감축 유도 및 공정자동화에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 사사: 이 논문은 2013년도 부산녹색환경지원센터의 연구사업비 지원을 받아 연구되었으며(13-4-50-52), 이에 감사드립니다.

응집제 자동주입장치를 이용한 소화슬러지 및 농축슬러지의 탈수특성 비교

정병길,윤태경,김진영,한영립,최영익,성낙창,강동효,허승녕 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2014 No.11

본 연구는 하수슬러지의 플록상태를 파악할 수 있는 응집제 자동투입장치를 탈수기 전단에 장착하여 하수슬러지(소화슬러지, 농축슬러지) 플록상태에 따른 고분자 응집제 주입량을 다르게 함으로써 탈수케이크의 함수율 저감 및 응집제 사용량 절감, 탈수여액의 수질개선 등을 평가하는데 그 목적이 있다. 응집제 자동투입장치를 B시 N하수처리장 소화슬러지 및 S하수처리장 농축슬러지에 적용한 결과 고속회전 및 응집제 분사를 통한 균일한 플록이 형성됨에 따라 탈수케이크 함수율 및 응집제 주입율 저감효과를 나타내었다. 하수슬러지의 탈수실험 결과 소화슬러지에 대한 고분자 응집제의 적정주입율은 12%로 나타났으며, 이때의 비저항계수(SRF)는 1.11×1011 m/kg으로 나타났다. 또한, 농축슬러지에 대한 고분자 응집제의 적정주입율은 16%로 나타났으며, 이때의 비저항계수(SRF)는 1.68×1011 m/kg으로 나타났다. 또한 응집제 자동투입장치의 회전속도와 유입 하수슬러지량 대비 고분자 응집제 주입율과의 상관관계를 평가한 결과 회전속도를 900~1,200 rpm의 범위 내에서 운전시 플록형성이 양호하게 나타났다. 기존 시스템 대비 응집제 자동투입장치의 경제성 평가 결과 N하수처리장 및 S하수처리장의 경우 각각 연간 263,542,490원 및 42,174,700원으로 산출되었으며, 시설투자비 회수기간은 각각 2.3년 및 7.1년으로 나타났다. 따라서, 하수처리장 탈수기 전단에 응집제 자동투입장치를 적용함으로써 함수율 및 약품주입량 저감 뿐만 아니라 중앙제어실을 통한 실시간 모니터링이 가능하므로 인력감축 유도 및 공정자동화에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

간척지 농경지 토양에 대한 고분자응집제의 응집효과

이상봉 ( Sangbong Lee ),김민영 ( Minyoung Kim ),김영진 ( Youngjin Kim ),전종길 ( Jonggil Jeon ),최용훈 ( Yonghun Choi ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

뛰어난 응집능과 보습성으로 고분자응집제는 수처리, 펄프 및 제지 등 다양한 분야에 폭넓게 사용되고 있으며, 농업분야의 경우 토양 물리성 개량, 수생태계 환경개선, 토양유실 방지 등의 목적으로 사용되고 있다. 본 연구에서는 간척지농경지에서 발생하는 비산먼지를 저감하기 위해 표토에 처리할 적정 고분자응집제 종류와 사용농도를 구명하고자 하였다. 국내에서 제조 또는 시판 중인 고분자 응집제(합성고분자계 5종, 천연고분자계 5종)를 대상으로 하였으며 응집제 종류별, 농도별 응집효과를 각각 평가하였다. 간척지 농경지 토양(Loamy Sand, 비중 2.62)과 증류수를 혼합한 용액에 농도별(10, 20, 30, 40, 50, 100, 200ppm) 고분자응집제를 투여한 후 자테스터(Jar-tester)를 이용해 일정시간 교반을 실시한 후, 상등액 속에 포함된 부유물질(SS, Suspended Solid)을 유리섬유거름종이(GF/C)법을 활용하여 측정함으로써 초기 토양응집 효과를 평가하였다. 그 결과, 합성고분자계와 천연고분자계 모두 농도가 높을수록 토양응집 효과가 가장 큰 것으로 나타났으나 교반작업성 및 경제성을 고려할 때 20∼30ppm이 적정한 농도로 나타났다. 해당 농도를 적용할 경우 합성고분자계 응집제는 초기 부유물질을 37.4∼60.9% 저감하는 것으로 나타났으며, 천연고분자계 응집제의 경우 8.9∼31.7%저감하는 것으로 나타났다. 금후 추가 연구를 통해 고분자응집제 사용에 따른 경제성 분석 및 효과지속성, 작물 영향에 대해서도 구명 할 계획이다.

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).

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.

고분자응집제 주입량 및 타공판 종류가 하수슬러지의 열풍건조에 미치는 영향

정병길 ( Byung-gil Jung ),윤태경 ( Tae-kyung Yoon ),이승원 ( Seung-won Lee ),최영익 ( Young-ik Choi ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-

하수슬러지 탈수 시 사용되고 있는 고분자응집제의 종류 및 과잉 주입으로 인해 발생되는 점성이 열풍건조 효율에 많은 영향을 미치고 있다. 일반적으로 하수슬러지의 건조과정은 유동성 단계, 점착성 단계, 입자화 단계의 3단계를 거치면서 건조가 진행되며, 고분자응집제가 하수슬러지의 건조에 미치는 영향은 일반적으로 함수율이 65% 정도에서 점성도가 급격히 증가했다가 40%대에서 다시 원 상태로 회복되는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 고분자응집제로 인한 하수슬러지 건조시 부착특성을 평가하기 위하여 고분자응집제 주입량에 따른 점성변화를 측정하였으며, 또한 하수슬러지(생슬러지, 잉여슬러지)의 열풍건조 시 기존 타공판을 대체할 수 있는 다양한 타공판 종류별 부착특성을 평가하였다. 본 연구에 사용된 하수슬러지는 생슬러지, 잉여슬러지 및 탈수케익을 대상으로 실험을 실시하였으며, 타공판은 기존 타공판(STS 304), Cr코팅 타공판(STS 304 재질에 크롬코팅) 및 Ti코팅 타공판(STS 304 재질에 전해연마 후 티타늄 코팅)을 사용하였다. 고분자응집제의 주입량에 따른 생슬러지 및 잉여슬러지의 응집실험결과 생슬러지의 경우 탈수여액 중 점성도가 2,000~14,000 mPa·s, 잉여슬러지의 경우 1,800~2,700 mPa·s를, 잉여슬러지의 경우 점성도가 48,000~79,000 mPa·s의 범위를 각각 나타내었다. 또한, 하수슬러지 열풍건조 시 기존 타공판 (STS 304), 전해연마 후 티타늄코팅 타공판보다 크롬코팅된 타공판의 부착성이 가장 나타났다.

고분자응집제 처리에 따른 간척지 토양의 비산먼지 발생 저감 효과

이상봉 ( Sangbong Lee ),김영진 ( Youngjin Kim ),최용훈 ( Yonghun Choi ),김민영 ( Minyoung Kim ),김희태 ( Heetae Kim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

고분자응집제(Polyacrylamide)는 강력한 흡착관능기를 가지는 유기화합물로 미세입자를 결합시키는 능력이 있다. 이러한 특성을 이용하여 상하수도처리, 비산먼지 방지, 접착제 및 포장재 등 다양한 산업분야에서 폭 넓게 사용하고 있으며, 농업분야의 경우 토양 물리성 개량, 토양유실 저감을 통한 농지기반 보호 등에 사용되고 있다. 본 연구에서는 국내에서 제조 또는 유통 중인 고분자응집제(천연고분자계 5종, 합성고분자계 5종) 중 Jar-test를 통해 선발한 응집능력이 우수한 2종류(D, R)의 응집제에 대해 간척지 토양의 표면에 처리 한 후 비산먼지 발생저감 효과를 풍동시험으로 평가하였다. 풍동시험은 농촌진흥청 내에 설치되어 있는 개방형 아음속 경계층 풍동(L×B×H : 34×3×2m, 시험부 15m)에서 실시하였다. 풍동 내에 새만금 간척지에서 샘플링한 토양(Loamy Sand)을 일정 크기(50cm×50cm×2cm)의 고정 패드에 충진하고 고분자응집제(50ppm)의 표면 살포량(0.1, 0.5, 1.0mm)과 풍속을 변화(4∼12m/s)시키면서 시험 전후의 토양시료 무게 변화로 비산먼지 발생량을 측정하였다. 최대 풍속 값은 해당 토양을 샘플링한 지역의 최근 3년간 최대 풍속기록을 참조하여 설정하였으며 풍속별 지속시간은 5분으로 설정하였다. 실험 결과, 비산먼지 발생량은 D, R 모두 풍속이 증가할수록 늘어나고 표면 살포량이 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 최대풍속(12m/s)에서 살포량이 1.0mm와 0.5mm 일 때 D의 비산량은 각각 초기 시료무게의 0.18%, 0.28%, R의 경우 각각 0.20%, 0.33%로 2종류 모두 우수한 효과를 보였다. 또한 동일조건에서의 비산량은 풍속이 낮아질수록 근소한 차를 보였다. 한편 살포량이 0.1mm인 경우는 최대풍속의 비산량이 40∼41%로 나타나 무처리 42%에 비해 비산방지 효과가 크기 않는 것으로 나타났다. 금후 추가적인 시험을 통해 간척지토양의 비산방지를 위한 고분자응집제의 현장 적용성을 높여 나갈 계획이다.

응집제 자동주입장치와 벨트프레스 탈수기의 농축슬러지 탈수특성 비교

정병길 ( Byung-gil Jung ),윤태경 ( Tae-kyung Yoon ),최영익 ( Young-ik Choi ),장성호 ( Seong-ho Jang ),김한석 ( Han-seok Kim ) 한국환경기술학회 2018 한국환경기술학회지 Vol.19 No.4

본 연구는 응집제 자동투입장치와 벨트프레스 탈수기 대비 탈수케이크의 함수율 저감 및 응집제 사용량 절감, 탈수여액의 수질개선 등 탈수특성을 비교·평가하는데 그 목적이 있다. 농축슬러지는 B시 S하수처리장의 농축슬러지를 사용하였으며, 농축슬러지 대비 고분자응집제 주입율은 벨트프레스 탈수기의 응집제 주입량을 고려하여 9~17 %의 범위로 조절하였다. 실험결과 응집제 자동주입장치는 벨트프레스 탈수기에 비해 농축슬러지의 탈수 시 함수율 저감 및 고분자응집제의 주입량을 효과적으로 감소시킬 뿐만 아니라 탈수여액의 수질개선효과를 나타내었다. 또한, 응집제 자동주입장치의 적정 회전속도는 900~1,200 rpm의 범위로 나타났다. The purpose of this research was to evaluate the effects on enhanced sewage thickened sludge dewatering and compare polymer dosage reduction between an automatic coagulant feeding system and a belt press filter. The thickened sludge collected at S sewage treatment plant in B city. The polymer dosage rate per thickened sludge quantity was adjusted from 9 % to 17 % based on coagulant dosage of the belt press filter. The results of this study indicate that the automatic coagulant feeding system not only could be effectively reduced the moisture contents and polymer dosage in the thickened sludge dewatering but also made the water quality improvement for dewatered filtrate of sewage treatment plant more than a belt press filter. Also, the proper rotational speed of the automatic coagulant feeding system were ranged from 900~1,200 rpm.

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.

고분자 응집제의 주입량이 하수슬러지의 탈수 및 건조에 미치는 영향

정병길,박세진,최혁목,장영일 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

하수슬러지의 열풍건조시 하수슬러지의 특성, 고분자 응집제의 종류 및 주입량 등에 의해 발생되는 점성으로 인해 타공판에 부착성이 상당히 증가하여 건조효율을 낮추는 원인이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 고분자 응집제로 인한 하수슬러지(생슬러지, 잉여슬러지, 혼합슬러지)의 부착특성을 평가하기 위하여 고분자 응집제 주입량에 따른 점도 변화를 측정하였으며, 또한 하수슬러지의 열풍건조시 부착성을 상당량 감소시킬 수 있도록 기존 타공판을 대체할 수 있는 다양한 타공판 종류별 부착특성을 평가하였다. 하수슬러지의 열풍건조시 기존 타공판(STS 304재질), 전해연마+티타늄코팅 타공판보다 크롬코팅된 타공판의 부착성이 가장 적게 발생되었으며, 또한 생슬러지 단독건조보다 잉여슬러지 단독건조시 부착성이 더 크게 나타났다.