2024 서울시 환경공학 7번

폐수처리 인 제거 방법 - 초보자를 위한 시험 대비 정리

문제

폐수처리에서 인(phosphorus)을 제거하는 방법에 대한 설명 중 가장 틀린 것은 무엇일까?

1. 활성탄 흡착법을 통해 유기인을 제거할 수 있다.

2. 화학적 침전제로 Al³⁺, Fe³⁺ 등 다가금속염이 사용된다.

3. 석회에 의한 침전 반응에서 난용성의 hydroxyapatite로 전환하여 침전시키기 위해 pH를 6 이하로 유지한다.

4. 미생물을 혐기성과 호기성 상태에 교대로 노출시켜 생물학적으로 제거할 수 있다.

정답

3번이 가장 틀린 설명입니다.

왜 틀렸나? 석회로 인을 제거할 때 pH를 6 이하(산성)로 유지한다고 했지만, 실제로는 pH 9 이상(알칼리성)에서 하이드록시아파타이트가 잘 형성됩니다.

각 선택지 상세 설명

1. 활성탄 흡착법을 통해 유기인을 제거할 수 있다. [맞는 설명]

쉽게 이해하기: 활성탄은 스펀지처럼 구멍이 많은 물질이에요. 이 구멍이 유기인(예: 세제나 농약에서 나온 인 화합물)을 흡수해서 물에서 제거합니다. 하지만 무기인(예: PO₄³⁻, 인산염)은 잘 붙지 않아요.

어떻게 쓰이나? 폐수처리장에서 유기물이 많은 물(예: 공장 폐수)을 처리할 때 사용됩니다.

비유: 활성탄은 유기인을 빨아들이는 진공청소기 같은 역할!

시험 포인트: 활성탄은 유기인 제거에 강력하지만, 무기인에는 효과 약함.

2. 화학적 침전제로 Al³⁺, Fe³⁺ 등 다가금속염이 사용된다. [맞는 설명]

쉽게 이해하기: Al³⁺(알루미늄)이나 Fe³⁺(철)은 인산염(PO₄³⁻)과 만나면 단단한 덩어리(난용성 염, 예: AlPO₄, FePO₄)를 만들어 가라앉아요. 이 덩어리를 걸러내면 인이 제거됩니다.

어떻게 쓰이나? 폐수처리장에서 약품(염화철, 황산알루미늄)을 넣어 인산염을 제거합니다. 빠르고 효과적이에요.

비유: 인산염이 물에 떠 있는 먼지라면, Al³⁺, Fe³⁺는 먼지를 뭉쳐서 바닥으로 가라앉게 하는 접착제!

시험 포인트: 화학적 침전법은 무기인 제거에 최적. 반응식: Al³⁺ + PO₄³⁻ → AlPO₄(↓).

3. 석회에 의한 침전 반응에서 난용성의 hydroxyapatite로 전환하여 침전시키기 위해 pH를 6 이하로 유지한다. [틀린 설명]

쉽게 이해하기: 석회(Ca(OH)₂)는 물에 넣으면 칼슘(Ca²⁺)과 수산기(OH⁻)를 내놓아요. 이 칼슘이 인산염(PO₄³⁻)과 만나 하이드록시아파타이트(Ca₅(PO₄)₃OH)라는 단단한 침전물을 만듭니다. 이 침전물이 가라앉으면서 인이 제거돼요.

왜 틀렸나? 이 반응은 물이 알칼리성(pH 9~11)일 때 잘 일어납니다. 하지만 3번은 pH 6 이하(산성~중성)라고 했어요. pH 6 이하에서는 인산염이 H₂PO₄⁻이나 H₃PO₄ 형태로 바뀌어서 하이드록시아파타이트가 잘 안 만들어집니다.

올바른 사실: 석회 처리 시 pH를 높여야(9 이상) 침전이 효과적이에요.

비유: 하이드록시아파타이트는 알칼리성 수영장에서만 잘 자라는 식물. 산성(pH 6 이하) 물에서는 못 자람!

시험 포인트: 석회 침전은 pH 9~11에서 하이드록시아파타이트 형성. 반응식: 5Ca²⁺ + 3PO₄³⁻ + OH⁻ → Ca₅(PO₄)₃OH.

4. 미생물을 혐기성과 호기성 상태에 교대로 노출시켜 생물학적으로 제거할 수 있다. [맞는 설명]

쉽게 이해하기: 특정 미생물(PAOs, 폴리인산 축적 미생물)은 인을 몸속에 저장할 수 있어요. 혐기성(산소 없는 환경)에서는 인을 밖으로 내보내고, 호기성(산소 있는 환경)에서는 인을 다시 흡수합니다. 흡수한 인은 미생물과 함께 슬러지로 제거됩니다.

어떻게 쓰이나? EBPR(강화된 생물학적 인 제거) 공정으로, 화학약품 없이 친환경적으로 인을 제거합니다.

비유: 미생물은 인을 주머니에 넣었다 뺐다 하는 요술쟁이. 호기성 환경에서 주머니에 인을 가득 채운 뒤 슬러지로 버려짐!

시험 포인트: EBPR은 혐기성→호기성 교대. 인은 미생물의 폴리인산으로 저장 후 슬러지로 제거.

시험 대비 핵심 정리

• 활성탄 흡착법: 유기인 제거, 스펀지처럼 흡수. 무기인에는 약함.
• 화학적 침전: Al³⁺, Fe³⁺로 난용성 염(AlPO₄, FePO₄) 형성. 빠르고 효과적.
• 석회 침전: pH 9~11에서 하이드록시아파타이트(Ca₅(PO₄)₃OH) 형성. pH 6 이하는 틀림!
• EBPR: 미생물로 혐기성/호기성 교대 처리. 친환경적.

시험 팁: pH 조건과 유기인/무기인 구분을 정확히 기억하세요!