[학위논문]혐기 및 2단 교호(交互) 간헐폭기를 이용한 생물학적 질소, 인 제거 공정에 대한 수학적 모델 접근 (A) model approach for a process with an anaerobic and two intermittent aeration tanks operated alternately원문보기
간헐폭기 공정은 A^(2)/O 등과 같이 연속적인 유입 및 유출이 일어남과 동시에 일정한 시간에 따라 폭기 및 비폭기를 반복적으로 수행하여 반응조내의 환경을 변화시킴으로써 SBR과 같이 안정적인 유출 수질을 얻을 수 있는 특징을 갖고 있다. 그러나 이를 수학적 모델에 적용하는 데에는 공정의 특성상 비록 유입 농도가 일정할지라도 시간에 따라 반응조내 오염물질의 농도가 바뀌어 정상상태에서의 수학적 해석에 어려움이 따른다(Anderson et., al., 2000). 따라서 간헐폭기 공정에 대한 수학적 모델의 접근을 위해서는 IWA에 의해 제시 되었던 ASM을 이용함에 있어 동역학식 및 기타 계수와 매개 변수들에 대한 보정이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 ASM 2d를 간헐폭기 공정에 적용하기 위해 일부 동역학식을 변형시켜 적용하였다. 우선 산소 공급을 위한 폭기 공정을 추가하였다. 또한, 인 제거 미생물의 반응에 있어 ASM 2d에서는 X_(...
간헐폭기 공정은 A^(2)/O 등과 같이 연속적인 유입 및 유출이 일어남과 동시에 일정한 시간에 따라 폭기 및 비폭기를 반복적으로 수행하여 반응조내의 환경을 변화시킴으로써 SBR과 같이 안정적인 유출 수질을 얻을 수 있는 특징을 갖고 있다. 그러나 이를 수학적 모델에 적용하는 데에는 공정의 특성상 비록 유입 농도가 일정할지라도 시간에 따라 반응조내 오염물질의 농도가 바뀌어 정상상태에서의 수학적 해석에 어려움이 따른다(Anderson et., al., 2000). 따라서 간헐폭기 공정에 대한 수학적 모델의 접근을 위해서는 IWA에 의해 제시 되었던 ASM을 이용함에 있어 동역학식 및 기타 계수와 매개 변수들에 대한 보정이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 ASM 2d를 간헐폭기 공정에 적용하기 위해 일부 동역학식을 변형시켜 적용하였다. 우선 산소 공급을 위한 폭기 공정을 추가하였다. 또한, 인 제거 미생물의 반응에 있어 ASM 2d에서는 X_(PHA)의 저장 및 인 방출에 대한 공정을 혐기성 및 호기성, 무산소성의 모든 상태에 대해 동일하게 적용하였으나, X_(PHA)의 저장 및 인의 방출은 호기성, 무산소성 그리고 혐기성 등 반응조내의 환경에 따라 차이가 나타나 본 연구에서는 이에 대해 X_(PHA)의 저장을 반응조내 환경에 따라 변화시키기 위해 용존 산소와 질산성 질소 농도에 대한 부분을 추가하여 적용하였다. 마지막으로 질산화 공정의 경우 PO4^(3-)-P의 섭취에 대한 부분을 제외시켜 적용하였다. 설립된 모델은 pilot 규모 반응기 운전 기간 중 수행된 회분실험을 통하여 동역학적 매개변수에 대한 보정을 수행하였으며 이를 통하여 공정의 처리수질을 예측함과 동시에 아울러 본 공정에서 반응조 내부에서의 질소 및 인의 거동을 해석해 보고자 하였다. 그 결과 상기 공정에 대해 적용된 모델의 변형이 타당하다는 것을 알 수 있었으며 이를 바탕으로 양론 계수 및 동역학적 매개변수에 대한 보정을 수행하였다. 보정은 K_(h), q_(PHA), q_(PP), K_(MAX), μ_(AUT)와 μ_(PAO)에 대한 보정이 이루어졌으며 이를 회분실험 모델에 적용한 결과 NUR과 SDNR 값은 유입수중의 유기물 특성에 따라 차이가 나타났으나 전체적인 반응속도는 실측값과 유사하였다. 또한 그 외 (S)AUR, (S)PUR, (S)PRR 역시 모델결과가 실측값에 매우 근접한 결과를 나타내 것으로 관찰되었다. 보정된 동역학적 매개변수를 이용하여 pilot-scale 반응기에 수학적 모델을 적용한 결과 실측값과 모델 값이 매우 유사하게 나타나 당 모델을 통한 혐기 및 2단 간헐폭기 공정을 이용한 처리 수질에 대한 예측이 가능한 것으로 나타났다.
간헐폭기 공정은 A^(2)/O 등과 같이 연속적인 유입 및 유출이 일어남과 동시에 일정한 시간에 따라 폭기 및 비폭기를 반복적으로 수행하여 반응조내의 환경을 변화시킴으로써 SBR과 같이 안정적인 유출 수질을 얻을 수 있는 특징을 갖고 있다. 그러나 이를 수학적 모델에 적용하는 데에는 공정의 특성상 비록 유입 농도가 일정할지라도 시간에 따라 반응조내 오염물질의 농도가 바뀌어 정상상태에서의 수학적 해석에 어려움이 따른다(Anderson et., al., 2000). 따라서 간헐폭기 공정에 대한 수학적 모델의 접근을 위해서는 IWA에 의해 제시 되었던 ASM을 이용함에 있어 동역학식 및 기타 계수와 매개 변수들에 대한 보정이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 ASM 2d를 간헐폭기 공정에 적용하기 위해 일부 동역학식을 변형시켜 적용하였다. 우선 산소 공급을 위한 폭기 공정을 추가하였다. 또한, 인 제거 미생물의 반응에 있어 ASM 2d에서는 X_(PHA)의 저장 및 인 방출에 대한 공정을 혐기성 및 호기성, 무산소성의 모든 상태에 대해 동일하게 적용하였으나, X_(PHA)의 저장 및 인의 방출은 호기성, 무산소성 그리고 혐기성 등 반응조내의 환경에 따라 차이가 나타나 본 연구에서는 이에 대해 X_(PHA)의 저장을 반응조내 환경에 따라 변화시키기 위해 용존 산소와 질산성 질소 농도에 대한 부분을 추가하여 적용하였다. 마지막으로 질산화 공정의 경우 PO4^(3-)-P의 섭취에 대한 부분을 제외시켜 적용하였다. 설립된 모델은 pilot 규모 반응기 운전 기간 중 수행된 회분실험을 통하여 동역학적 매개변수에 대한 보정을 수행하였으며 이를 통하여 공정의 처리수질을 예측함과 동시에 아울러 본 공정에서 반응조 내부에서의 질소 및 인의 거동을 해석해 보고자 하였다. 그 결과 상기 공정에 대해 적용된 모델의 변형이 타당하다는 것을 알 수 있었으며 이를 바탕으로 양론 계수 및 동역학적 매개변수에 대한 보정을 수행하였다. 보정은 K_(h), q_(PHA), q_(PP), K_(MAX), μ_(AUT)와 μ_(PAO)에 대한 보정이 이루어졌으며 이를 회분실험 모델에 적용한 결과 NUR과 SDNR 값은 유입수중의 유기물 특성에 따라 차이가 나타났으나 전체적인 반응속도는 실측값과 유사하였다. 또한 그 외 (S)AUR, (S)PUR, (S)PRR 역시 모델결과가 실측값에 매우 근접한 결과를 나타내 것으로 관찰되었다. 보정된 동역학적 매개변수를 이용하여 pilot-scale 반응기에 수학적 모델을 적용한 결과 실측값과 모델 값이 매우 유사하게 나타나 당 모델을 통한 혐기 및 2단 간헐폭기 공정을 이용한 처리 수질에 대한 예측이 가능한 것으로 나타났다.
One of the advantages for the intermittent aeration(IA) process is to get the stable effluent quality by changing the reactor conditions with air on/off. However, because th IA process is forced by regularly swiching air on and off, its dynamics do not normally asymptote to a steady state, even unde...
One of the advantages for the intermittent aeration(IA) process is to get the stable effluent quality by changing the reactor conditions with air on/off. However, because th IA process is forced by regularly swiching air on and off, its dynamics do not normally asymptote to a steady state, even under constant influent composition. (Anderson et., al., 2000). Thus, it is necessary to modify the ASM 2d which is reproted by IWA in order to apply the model to the IA process. And then, the stoichiometric and kinetic parameters should be calibrated. In this study, Some of process rate in ASM 2d were modified to apply the model to IA process. At first, the aeration process was used to supply the oxygen in the IA reactor during air on. In ASM 2d, there is no difference in the reaction rate for storage of X_(PHA) with different reaction conditions such as anaerobic, anoxic and aerobic phase. But some researchers distinguished the reaction rate among the conditions. In this model, thus, we have considered the difference for storage of X_(PHA) at each condition. At last, we have assumed that the nitrification process requires no consumption of PO_(4)^(3-)-P as a nutrient. The model was set with above assumptions and calibrated according to the result from the batch experiments. It can be concluded from the results as followed: The modification of the model is adequate to predict the intermittent aeration process. With the modified model, some kinetic parameter-K_(h), q_(PHA), q_(PP), K_(MAX), μ_(AUT) and μ_(PAO)-were calibrated based on sensitivity analysis and batch experiments. After calibration, the simulation results of the model for biological reaction rate as (s)AUR, (s)NUR, (s)PRR and (s)PUR were agreed with batch experiments. Finally, the modified model can predict well the efficiency for an anaerobic tank and two intermittent aeration tanks.
One of the advantages for the intermittent aeration(IA) process is to get the stable effluent quality by changing the reactor conditions with air on/off. However, because th IA process is forced by regularly swiching air on and off, its dynamics do not normally asymptote to a steady state, even under constant influent composition. (Anderson et., al., 2000). Thus, it is necessary to modify the ASM 2d which is reproted by IWA in order to apply the model to the IA process. And then, the stoichiometric and kinetic parameters should be calibrated. In this study, Some of process rate in ASM 2d were modified to apply the model to IA process. At first, the aeration process was used to supply the oxygen in the IA reactor during air on. In ASM 2d, there is no difference in the reaction rate for storage of X_(PHA) with different reaction conditions such as anaerobic, anoxic and aerobic phase. But some researchers distinguished the reaction rate among the conditions. In this model, thus, we have considered the difference for storage of X_(PHA) at each condition. At last, we have assumed that the nitrification process requires no consumption of PO_(4)^(3-)-P as a nutrient. The model was set with above assumptions and calibrated according to the result from the batch experiments. It can be concluded from the results as followed: The modification of the model is adequate to predict the intermittent aeration process. With the modified model, some kinetic parameter-K_(h), q_(PHA), q_(PP), K_(MAX), μ_(AUT) and μ_(PAO)-were calibrated based on sensitivity analysis and batch experiments. After calibration, the simulation results of the model for biological reaction rate as (s)AUR, (s)NUR, (s)PRR and (s)PUR were agreed with batch experiments. Finally, the modified model can predict well the efficiency for an anaerobic tank and two intermittent aeration tanks.
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