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ABSTRACT
목차
제1장 서론 20
1.1. 연구배경 및 목적 20
1.2. 연구 내용 22
제2장 문헌 고찰 23
2.1. 수처리공정 23
2.1.1. 정수처리공정 23
2.1.2. 배출수 처리공정 26
2.1.3. 배출수처리시설 운영실태 및 문제점 29
2.2. 정수슬러지의 특성 33
2.2.1. 물리 화학적 특성 33
2.2.2. 역세척 슬러지 35
2.2.3. 침전슬러지 36
2.3. 망간 제거 방법 38
2.3.1. 망간의 기원 38
2.3.2. 먹는 물에서 망간의 영향 39
2.3.3. 망간의 화학적 상태 40
2.3.4. 망간의 이론적 제거방법 43
2.4. 기존 망간 제거 연구 58
2.4.1. 강변여과수의 망간제거공정 연구 58
2.4.2. 고농도 망간이 함유된 강변여과수의 망간제거공정 비교 59
2.4.3. 배관 보호장치를 이용한 철·망간 제거 실험 60
2.4.4. 산화망간 피복여재를 이용한 용존망간 제거 61
2.5. 원수 내 망간농도 효율적 저감을 위한 대안공정 63
2.5.1. 원수수질 63
2.5.2. 플랜트 개요 64
2.5.3. 망간모래 공정 65
2.5.4. 일반모래 공정 67
2.5.5. 망간모래 생성특성 및 형성기간 조사 67
2.5.6. 공기폭기 공정 68
2.5.7. 생물여과 공정 69
2.6. 강변여과수 원수사용 정수장 배출수 처리 71
2.6.1. C시 D정수장 시설 및 운영현황 71
2.6.2. G시 M정수장 88
제3장 배출수처리시설 수질특성 및 수질개선 방안 101
3.1. 배출수처리시설 수질특성 분석 101
3.1.1. 조사방법 101
3.1.2. 배슬러지지 수질특성 분석결과 102
3.1.3. 농축조 수질특성 분석결과 104
3.1.4. 탈수여액 및 탈수투입 전 수질특성 분석결과 108
3.1.5. 방류수 수질특성 분석결과 110
3.2. 수질개선 방안 검토 112
3.2.1. 폭기 112
3.2.2. 폭기 및 침강에 따른 슬러지 특성분석 113
3.2.3. 응집제 주입 115
3.2.4. 알칼리제 주입 116
3.3. 요약 123
제4장 배출수 철·망간 제거 125
4.1. 철·망간 제거 현장실험 125
4.1.1. 실험내용 125
4.1.2. 실험결과 127
4.2. 철·망간 제거 모형실험 134
4.2.1. 실험내용 134
4.2.2. 배출수처리시설 수질분석 137
4.2.3. 모형실험결과 139
6.3.2. 자연형 처리공정 수질분석 143
4.3.3. 폭기+표준+자연형 공정의 수질분석 145
4.3.4. 폭기 + 자연형처리 공정의 수질분석 147
4.3.5. 폭기 + 자연형처리 공정의 수질분석 - 폭기량 변화 150
제5장 종합결론 157
참고문헌 160
표 2.1. 방류수 수질기준(수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 시행규칙) 31
표 2.2. 수질오염물질의 배출허용기준(물 환경 보전법) 32
표 2.3. 부유물질의 밀도 34
표 2.4. 슬러지 내 수분 구조 35
표 2.5. 역세척 슬러지 특성 36
표 2.6. 침전슬러지 특성 37
표 2.7. 망간의 물리·화학적 특성 41
표 2.8. pH, 염소농도에 따른 망간 제거율 58
표 2.9. 공법에 따른 망간 제거율 58
표 2.10. 원수의 철 및 망간 농도(2002~2004년) 63
표 2.11. 실험플랜트 공정의 선정사유 65
표 2.12. 배출수처리시설 현황 71
표 2.13. 공정별 철 농도 변화 (2015년~2019년) 73
표 2.14. 공정별 망간 농도 변화 (2015년~2019년) 74
표 2.15. 여재 철·망간 함유량 현장조사 75
표 2.16. 25% 팽창을 위한 역세척속도 및 역세유량 77
표 2.17. 활성탄지 역세척 현황 77
표 2.18. 활성탄지 역세척 시퀀스 78
표 2.19. 슬러지 발생량 산정식 78
표 2.20. 슬러지 발생량 산정을 위한 적용 값 79
표 2.21. 고형물 및 슬러지 발생량 산정기준 80
표 2.22. 원수조건별 고형물 발생량 80
표 2.23. 배출수지 고형물량 및 슬러지량 81
표 2.24. Jar Test 실험방법 81
표 2.25. 방류수 수질기준 84
표 2.26. 주요 수질오염물질 배출수 수질기준(2019년 1월부터 적용) 85
표 2.27. 방류수 수질(2016년~2018년) 85
표 2.28. 방류수 일별 배출량 86
표 2.29. 최근 5년(2015년~2019년) 망간 수질현황 87
표 2.30. 망간 함유량(용출 가능농도) 87
표 2.31. 배출수처리시설 현황 88
표 2.32. 철 농도 변화(2010년~2014년) 89
표 2.33. 망간 농도 변화(2010년~2014년) 90
표 2.34. 여과지 효율 93
표 2.35. 활성탄지 역세척 속도 계산 95
표 2.36. 슬러지 발생량 산정을 위한 적용조건 98
표 2.37. 슬러지 발생량 산정을 위한 SS/NTU비 및 응집제 주입률 분석 98
표 2.38. 함안보 준공 후의 배출수처리공정 운영현황 100
표 2.39. 방류수 수질기준(II지역) 100
표 2.40. S정수장 방류수 수질현황 (2012년~2014년) 100
표 3.1. 배슬러지지 상층 수질분석 102
표 3.2. 배슬러지지 저층 수질분석 103
표 3.3. 현장수질 조사·분석 결과 - 배슬러지지 상층 및 저층 103
표 3.4. 현장수질 조사·분석 결과 - 농축조 상층 105
표 3.5. 현장수질 조사·분석 결과 - 농축조 중층 105
표 3.6. 현장수질 조사·분석 결과 - 농축조 저층 106
표 3.7. 현장수질 조사·분석 결과 - 농축조 표층, 중층 및 저층 107
표 3.8. 현장수질 조사·분석 결과 - 탈수투입 전 농축슬러지 108
표 3.9. 현장수질 조사·분석 결과 - 탈수여액 108
표 3.10. 현장수질 조사·분석 결과 - 탈수여액, 탈수투입 전 농축슬러지 109
표 3.11. 현장수질 조사·분석 결과 - 방류수 110
표 3.12. 폭기 실험 결과 113
표 3.13. 폭기 시간별 상등수 망간농도 115
표 3.14. 응집제 실험결과 - PAC 116
표 3.15. 응집제 실험결과 - 폴리머 116
표 3.16. 알칼리제 실험결과 - NaOH 118
표 3.17. 알칼리제 실험결과 - KOH 118
표 3.18. 알칼리제 실험결과 - CaCO₃ 118
표 3.19. 알칼리제 실험결과 - Ca(OH)₂ 119
표 3.20. 농축슬러지를 바탕으로 한 CaCO₃주입 시험결과 120
표 3.21. 농축슬러지를 바탕으로 한 Ca(OH)₂주입 시험결과 120
표 3.22. Column 테스트(폭기) 결과 122
표 3.23. Lab 스케일 저류조 테스트 - 알칼리제 Ca(OH)₂ 투입 후 교반, 침강 122
표 4.1. 알칼리제(CaCO₃) 투입실험결과 - 탈수여액 분배조 128
표 4.2. 알칼리제(CaCO₃) 투입실험결과 - 농축조 상층, 저층 129
표 4.3. 알칼리제(CaCO₃) 투입실험결과 - 슬러지저류조(폭기조) 130
표 4.4. 알칼리제(CaCO₃) 투입실험결과 - 방류수 130
표 4.5. 알칼리제(Ca(OH)₂) 투입실험결과 - 탈수여액 분배조 131
표 4.6. 알칼리제(Ca(OH)₂) 투입실험결과 - 농축조 상층, 저층 132
표 4.7. 알칼리제(Ca(OH)₂) 투입실험결과 - 슬러지 저류조 133
표 4.8. 알칼리제(Ca(OH)₂) 투입실험결과 - 방류수 133
표 4.9. 현장수질 조사·분석 결과 - 배슬러지지 139
표 4.10. 표준처리공정 단계별 망간 농도 141
표 4.11. 자연형처리시설 단계별 망간 농도 143
표 4.12. 표준처리공정 단계별 망간 농도 145
표 4.13. 폭기+표준+자연형 공정의 총망간, 용존망간 수질분석 146
표 4.14. 폭기+자연형 공정의 총망간, 용존망간 수질분석 149
표 4.15. 폭기량 100%에서의 총망간, 용존망간 수질분석 151
표 4.16. 폭기량 60%에서의 총망간, 용존망간 수질분석 153
표 4.17. 폭기량 20%에서의 총망간, 용존망간 수질분석 155
표 4.18. 폭기량 변화시 총망간, 용존망간 분석 156
그림 2.1. 정수장 수처리 계통 25
그림 2.2. 배출수지 전경 27
그림 2.3. 배슬러지지 전경 28
그림 2.4. 농축조 전경 29
그림 2.5. EH-pH 에 따른 망간의 형태 42
그림 2.6. 폭기에 의한 망간 산화시 pH의 영향 47
그림 2.7. 염소에 의한 망간 산화시 pH의 영향 48
그림 2.8. 망간제거 메커니즘 54
그림 2.9. 망간사와 접촉여재 여과법의 운영시간에 따른 망간 제거율 54
그림 2.10. 배관보호장치를 이용한 철·망간제거 공정도 60
그림 2.11. 플랜트 원수의 철 및 망간농도 변화(2002년 ~ 2004년) 64
그림 2.12. 실험플랜트 공정 65
그림 2.13. 공정1 및 공정2의 망간농도 경시 변화 66
그림 2.14. 공정 3(일반모래)에서 운전경과에 따른 망간부착량 변화 68
그림 2.15. 공정4의 망간농도 경시 변화(2002. 4 ~ 2004. 12) 69
그림 2.16. 공정5의 망간농도 경시 변화(2002. 5 ~ 2004. 12) 70
그림 2.17. D정수장 배출수처리시설 현황 71
그림 2.18. D정수장 시설현황도 72
그림 2.19. 공정별 철 농도 현황 (2015년~2019년) 72
그림 2.20. 공정별 망간 농도 현황 (2015년~2019년) 73
그림 2.21. 12만톤 #1 여과지 역세척 배출수 탁도 75
그림 2.22. 12만톤 #1 활성탄지 역세척수 배출수 탁도 76
그림 2.23. Jar Test 사진 82
그림 2.24. 응집제 PACS 주입에 따른 탁도의 변화(배출수) 82
그림 2.25. 응집제 주입에 따른 pH와 알칼리도의 변화(배출수) 83
그림 2.26. 방류수 일별 배출량 86
그림 2.27. 배출수처리시설 현황 88
그림 2.28. M정수장 평면도 89
그림 2.29. 원수 철 월간 및 주간현황(2010년~2014년) 89
그림 2.30. 원수 망간 월간 및 주간현황(2010년~2014년) 90
그림 2.31. 여과지 역세척 배출수 탁도 91
그림 2.32. 평균 여과속도 93
그림 2.33. 평균 지속시간 및 UFRV 94
그림 2.34. 배출수 처리계통 현황 96
그림 2.35. 배출수 처리계통 개량방안 97
그림 3.1. 수질분석 및 현장실험 정수장 101
그림 3.2. Lab스케일 폭기테스트 칼럼과 모식도 112
그림 3.3. 폭기시간에 따른 철·망간 농도 변화 113
그림 3.4. 침강시간별 슬러지부피 변화 114
그림 3.5. 좌-폴리머를 이용한 Jar-test, 우-PAC를 이용한 Jar-test 115
그림 3.6. 응집제 주입량에 따른 철·망간 농도 119
그림 3.7. 좌-Column 테스트 장치, 우-Lab 스케일 저류조 장치 121
그림 4.1. 폭기시설 설치와 알칼리제 투입지점 126
그림 4.2. 슬러지 저류조 공기공급 설비 및 산기장치 126
그림 4.3. 탈수여액 분배조, 슬러지 저류조 샘플링 127
그림 4.4. 배출수처리시설 모형시설 설치장소 134
그림 4.5. 검증대상 배출수 처리공정도 135
그림 4.6. 표준처리시설 공정도 및 모형설치 전경 136
그림 4.7. 자연형처리시설 공정도 및 모형설치 전경 137
그림 4.8. 배출수처리시설 샘플링 위치 137
그림 4.9. 표준처리공정에서의 망간농도 140
그림 4.10. 자연형처리공정에서의 철·망간 농도 142
그림 4.11. 자연형처리공정에서의 망간 제거율 144
그림 4.12. 폭기+표준형+자연형 공정에서 망간 농도 147
그림 4.13. 원수변경후 폭기+자연형 공정에서 망간 농도 148
그림 4.14. 폭기량 100%, 망간농도 150
그림 4.15. 폭기량 60%, 망간농도 152
그림 4.16. 폭기량 20%, 망간농도 154