무한궤도형 철 전극 전기분해장치를 이용한 하수 중의 인 제거에 관한 연구

Abstract

In this study, the problems of conventional Fe electrode electrolysis devices were addressed in order to develop a caterpillar-type Fe electrode electrolysis system with high T-P removal efficiency. The aim was to propose a sewage treatment measure and the conditions for each factor so as to satisfy the water quality standard for T-P effluents (0.2㎎/ℓ) and attain the optimum phosphorus removal efficiency using this device. The results of this study are as follows : The pH levels in the reactors during the electrolysis process did not change significantly and remained near the neutral range. The DO concentrations were found to be high in the reactors and effluents, while there were no significant changes in the MLSS concentrations measured in the reactors. The phosphorous removal rate was measured according to the retention time of sewage in the Fe electrode reactors, and it was found to be higher at 12H compared to 8H. Based on this, it was deemed that more phosphorus aggregation occurred over the course of the electrode reaction time. The MLSS concentrations in the Fe electrode reactors were varied to 2500ppm, 3000ppm and 3500ppm, and the difference in the phosphorous removal rate was found to be negligible. The phosphorous removal rate was measured according to the retention time of sludge (solids) in the Fe electrode reactors, and it was found to rise along with the sludge retention time (SRT). Operating the reactor at SRT of 8 to 10 days led to a sufficient phosphorous removal rate. When the electrolyte, NaCl, was injected into the reactor at a concentration of 0.05%, the resulting phosphorous removal rate was high, ranging between 90.5 and 94.8%, and it was deemed to contribute to the improvement of the phosphorous removal rate. This is consistent with the results of preceding studies. The results of a comparative experiment using fixed-type and caterpillar-type electrolysis systems showed that the phosphorous removal rate was very low for both systems when Fe electrodes were not used. On the other hand, the phosphorous removal rate was measured to be 86.7~92.6% for the fixed-type Fe electrode electrolysis system, and 90.5~96.2% for the caterpillar-type Fe electrode electrolysis system. At present, the caterpillar-type Fe electrode electrolysis system is known for its high phosphorous removal rate in sewage treatment, and in this study, a similarly high phosphorous removal rate was observed in livestock manure, feces and sewage treatment processes. Thus, it is deemed that caterpillar-type Fe electrode electrolysis system can be applied to livestock manure treatment processes.| 본 연구는 철(Fe) 전극을 이용한 전기분해 장치들의 문제점을 보완하여 고도의 T-P 제거 효율을 얻기 위해 무한궤도형 철(Fe) 전극 전기분해장치를 개발하였다. 이 장치를 이용하여 T-P 방류수 수질기준인 0.2 ㎎/ℓ를 만족시킴과 동시에 최적의 T-P 제거 효율을 얻을 수 있는 인자별 조건과 하수처리 방안을 제시하고자 하였다. 연구결과는 아래와 같다.

1. 철 전기분해 공정에서 각 반응조별 pH 변화는 중성 부근으로 크지 않게 나타났고, DO농도는 반응조와 유출수에서 높은 것으로 조사되었으며, 반응조별 MLSS 농도 변화는 크지 않은 것으로 조사되었다.

2. 철 전극 반응조에서 하수 체류시간에 따른 인 제거율은 체류시간이 8시간 보다 12시간인 경우 인 제거율이 높게 나타났는데 이는 철 전극의 응집반응 시간이 길어질수록 인 응집반응이 더 많이 이루어진 것으로 사료된다. 철 전극 반응조 내의 MLSS 농도를 각각 2500ppm, 3000ppm, 3500ppm으로 변화를 주어 실험한 결과 인 제거율의 차이는 미미한 것으로 조사되었다.

3. 철 전극 반응조 내 SRT(sluge Retention Time)에 따른 인 제거율은 SRT가 길수록 인 제거율이 높아졌으며, SRT를 8~10일 범위에서 운전한 결과 충분한 인 제거율을 보인 것으로 나타났다. 반응조에 전해질인 NaCl를 0.05% 농도로 주입한 결과 인 제거율이 90.5~94.8%로 높게 나타났으며, 인 제거율 향상에 기여한다는 기존 연구와 같은 결과를 얻었다.

4. 고정식 철 전극 전기분해장치와 무한궤도형 철 전극 전기분해장치를 비교실험 한 결과 두 분해장치 모두 철 전극을 사용하지 않았을 경우에는 매우 낮은 인 제거율을 보였다. 그러나 고정식 철 전극 전기분해장치를 사용한 경우 인 제거율은 86.7~92.6%였으며, 무한궤도형 철 전극 전기분해장치를 사용한 경우 90.5~96.2%로 고정식 철 전극 전기분해장치 보다 높은 인 제거율을 보인 것으로 조사되었다. 현재, 무한궤도형 철 전극 전기분해장치는 하수처리 시 높은 인 제거율을 보이는 것으로 알려져 있으며 본 연구실험을 통해 분뇨 ․ 가축분뇨 ․ 하수 연계처리에서도 동일하게 높은 인 제거율을 보였다. 따라서 가축분뇨 처리 시에도 적용 가능할 것으로 사료된다.