생물학적 하수고도처리 주요 공법별 운영특성 비교분석을 통한 공정평가 연구 Process Evaluation through Comparative Performance Analysis of Advanced Biological Treatment Technologies for Municipal Wastewater원문보기
본 연구는 국내하수처리의 특성에 대한 기존연구와 생물학적 하수고도처리공법의 기술적 특징을 파악하기 위한 문헌연구를 실시하여, 국내 생물학적 하수처리의 목표와 이차처리 하수처리의 특성과 한계점을 분석하며 하수고도처리시설의 기술적 특성을 파악하기 위한 것이다. 이를 위해 전국 하수처리시설의 운영자료를 분석하여 하수의 양적 증가와 성상의 다양화에 대해 고찰을 실시하였으며, 국내 하수발생의 특성과 생물학적 하수처리의 특성을 객관적이고 학술적으로 평가하였다. 또한 이차처리 하수처리시설(비고도시설)과 생물학적 고도처리 하수처리시설(고도시설)과 분류하여 고도처리 하수처리시설의 처리특성 및 처리비용 등을 비교·검토하여 향후 하수고도처리 공법선정시 제시가능한 자료를 도출하였으며, 고도처리 하수처리시설의 운영현황 분석을 통해 기본계획시에 수립한 계획유량, 계획수질과 실제 유입유량 및 유입수질을 비교 검토하여 고도처리시설의 문제점을 파악하였다. 특히 하수 고도처리공법들중 A²/O계열 공법과 SBR계열 공법, Media계열 공법의 적용실적을 위주로 공법별 운전인자에 따른 처리특성을 파악하여 적정한 운전인자의 범위와 공법별 특성 제시함으로서 하수고도처리시설의 운영 및 설계의 효율적 방안을 모색하고자 하였다. 이를 목적으로 하는 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 하수처리 시설규모에 관계없이 인건비 및 전력비 등 기본적으로 소요되는 비용이 필요하므로, 시설규모가 적을수록 실제 유지관리비용이 증가하였으며, 공법별로는 A²/O계열이 가장 적게 소요되었다. 또한 ...
본 연구는 국내하수처리의 특성에 대한 기존연구와 생물학적 하수고도처리공법의 기술적 특징을 파악하기 위한 문헌연구를 실시하여, 국내 생물학적 하수처리의 목표와 이차처리 하수처리의 특성과 한계점을 분석하며 하수고도처리시설의 기술적 특성을 파악하기 위한 것이다. 이를 위해 전국 하수처리시설의 운영자료를 분석하여 하수의 양적 증가와 성상의 다양화에 대해 고찰을 실시하였으며, 국내 하수발생의 특성과 생물학적 하수처리의 특성을 객관적이고 학술적으로 평가하였다. 또한 이차처리 하수처리시설(비고도시설)과 생물학적 고도처리 하수처리시설(고도시설)과 분류하여 고도처리 하수처리시설의 처리특성 및 처리비용 등을 비교·검토하여 향후 하수고도처리 공법선정시 제시가능한 자료를 도출하였으며, 고도처리 하수처리시설의 운영현황 분석을 통해 기본계획시에 수립한 계획유량, 계획수질과 실제 유입유량 및 유입수질을 비교 검토하여 고도처리시설의 문제점을 파악하였다. 특히 하수 고도처리공법들중 A²/O계열 공법과 SBR계열 공법, Media계열 공법의 적용실적을 위주로 공법별 운전인자에 따른 처리특성을 파악하여 적정한 운전인자의 범위와 공법별 특성 제시함으로서 하수고도처리시설의 운영 및 설계의 효율적 방안을 모색하고자 하였다. 이를 목적으로 하는 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 하수처리 시설규모에 관계없이 인건비 및 전력비 등 기본적으로 소요되는 비용이 필요하므로, 시설규모가 적을수록 실제 유지관리비용이 증가하였으며, 공법별로는 A²/O계열이 가장 적게 소요되었다. 또한 슬러지 발생비율은 매년 증가하고 있으며, 해양투기가 금지되는 2008년부터 육상매립 또는 소각건조 등으로 인한 처리비용의 증가로 인해 유지관리비의 상승폭은 더욱 가중 될 것으로 판단된다. 따라서 현재 신규로 건설하고 있는 하수처리시설의 규모는 대부분 중소규모이므로 유지관리비용이 적고, 고효율의 처리특성을 만족하는 공법선정 및 기술개발이 지속적으로 필요할 것이다. 현재까지는 하수고도처리공정 도입시 낮은 C/N비에서도 효과적으로 질소를 제거할 수 있는 공법을 선정해야 하였으나, 현재 하수관거 정비 및 관거정비에 따른 분뇨 직투입으로 인한 유입 하수의 고농도화가 진행중이므로 이에 대한 대책 및 적정 기술의 적용 또한 추가적으로 필요하다. 현재 국내 운영중인 하수고도 처리시설 중 약 60%에 해당하는 처리시설에서의 방류수중 TP농도는 1.0mg/L로 국내 방류수 수질기준에서의 TP농도인 2.0mg/L에 비해 적은 농도로 방류되고 있으므로, 보다 현실적인 부영양화 제어 및 향후 물재이용의 확대를 위하여 방류수중 TN에 비해 상대적으로 그 양이 적고, 화학적 처리 여과시설을 통해 용이하게 제거 가능한 TP의 기준을 강화하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다. A²/O계열 공법의 경우 HRT 9～14시간의 조건에서 BOD 및 SS 평균 제거효율이 각각 95.1% 및 92.9%로 가장 우수하였으며, TN 및 TP 제거효율은 HRT 8～11시간의 조건에서 55.8% 및 62.9%의 가장 안정된 효율을 나타내었다. 반면 SBR계열 공법의 경우 HRT 20시간 이상에서도 BOD 및 SS 평균 제거효율이 각각 95.2% 및 94.6%로 안정적이었으며, HRT 40시간에서도 BOD 및 SS의 처리효율은 크게 달라지지 않았다. 특히 TN 및 TP의 경우에는 오히려 HRT 약 20시간을 전후로 66.4% 및 67.2%의 가장 좋은 처리효율을 나타내었다. Media가 충전된 유동상 하수고도처리 공법의 경우 BOD 및 SS 평균 제거효율이 HRT의 변화에 관계없이 각각 93.4% 및 92.8%로 안정적인 경향을 나타내었다. 반면, TN 및 TP는 HRT 8～10시간에서 각각 55.8% 및 67.6%의 가장 좋은 처리효율을 나타내었으며, HRT가 길어짐에 따라 TN 및 TP의 처리효율이 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. A²/O계열 및 SBR계열 공법에서의 유기물 및 질소·인 동시제거를 위한 적정 MLSS 범위는 3,000～4,000mg/L이었으며, Media계열 공법의 경우 MLSS 2,500～3,500mg/L로 A²/O계열 및 SBR계열 공법에 비해 상대적으로 낮은 농도에서 가장 좋은 제거특성을 나타내었다. 한편 A²/O계열 공법 및 Media계열 공법의 적정 SRT는 10일이었으나, SBR계열 공법의 경우 15일 이상으로 운전하여도 무방할 것으로 판단되었다. 유입수의 C/N(BOD/TP)비의 변화에 따라 TN제거효율이 가장 영향을 많이 받은 공정은 A²/O계열 공법이었으며, 그 다음으로 Media계열 공법 및 SBR계열 공법 순으로 나타났다. 반면 유입수 C/P(BOD/TP)비의 변화에 따른 TP제거효율이 가장 영향을 많이 받았던 공정은 SBR계열 공법이었으며, 그 다음으로 Media계열 공법이 SBR계열 공법과 유사하게 나타났으며, A²/O계열 공법은 영향정도가 매우 낮게 나타났다. A²/O계열 공법에서 고효율의 BOD제거를 위해서는 0.1 이상의 F/M비가 요구되었으나, 효과적인 TN 및 TP의 동시제거를 고려할 때는 F/M비 0.1～0.2 이상으로 유지하는 것이 바람직하였다. SBR계열 공법의 경우 낮은 F/M비에서도 안정적인 BOD, TN, TP의 처리가 가능하여 F/M비에 따른 영향을 거의 받지 않았으며, Media계열 공법의 경우 BOD처리를 위해서는 F/M비 0.1이상, TN 및 TP 동시 제거를 위해서는 F/M비 0.2 이상으로 유지하는 것이 필요하다고 판단되었다. SBR계열 공법은 유입유량과 유입수질의 변화가 심한 경우 적용하기 유리하였으나, A²/O계열 공법 및 Media계열 공법은 소규모와 대규모 모두 적용이 가능하고, 짧은 체류시간으로 SBR계열 공법에 비해 경제적일 것으로 판단되었다.
본 연구는 국내하수처리의 특성에 대한 기존연구와 생물학적 하수고도처리공법의 기술적 특징을 파악하기 위한 문헌연구를 실시하여, 국내 생물학적 하수처리의 목표와 이차처리 하수처리의 특성과 한계점을 분석하며 하수고도처리시설의 기술적 특성을 파악하기 위한 것이다. 이를 위해 전국 하수처리시설의 운영자료를 분석하여 하수의 양적 증가와 성상의 다양화에 대해 고찰을 실시하였으며, 국내 하수발생의 특성과 생물학적 하수처리의 특성을 객관적이고 학술적으로 평가하였다. 또한 이차처리 하수처리시설(비고도시설)과 생물학적 고도처리 하수처리시설(고도시설)과 분류하여 고도처리 하수처리시설의 처리특성 및 처리비용 등을 비교·검토하여 향후 하수고도처리 공법선정시 제시가능한 자료를 도출하였으며, 고도처리 하수처리시설의 운영현황 분석을 통해 기본계획시에 수립한 계획유량, 계획수질과 실제 유입유량 및 유입수질을 비교 검토하여 고도처리시설의 문제점을 파악하였다. 특히 하수 고도처리공법들중 A²/O계열 공법과 SBR계열 공법, Media계열 공법의 적용실적을 위주로 공법별 운전인자에 따른 처리특성을 파악하여 적정한 운전인자의 범위와 공법별 특성 제시함으로서 하수고도처리시설의 운영 및 설계의 효율적 방안을 모색하고자 하였다. 이를 목적으로 하는 본 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 하수처리 시설규모에 관계없이 인건비 및 전력비 등 기본적으로 소요되는 비용이 필요하므로, 시설규모가 적을수록 실제 유지관리비용이 증가하였으며, 공법별로는 A²/O계열이 가장 적게 소요되었다. 또한 슬러지 발생비율은 매년 증가하고 있으며, 해양투기가 금지되는 2008년부터 육상매립 또는 소각건조 등으로 인한 처리비용의 증가로 인해 유지관리비의 상승폭은 더욱 가중 될 것으로 판단된다. 따라서 현재 신규로 건설하고 있는 하수처리시설의 규모는 대부분 중소규모이므로 유지관리비용이 적고, 고효율의 처리특성을 만족하는 공법선정 및 기술개발이 지속적으로 필요할 것이다. 현재까지는 하수고도처리공정 도입시 낮은 C/N비에서도 효과적으로 질소를 제거할 수 있는 공법을 선정해야 하였으나, 현재 하수관거 정비 및 관거정비에 따른 분뇨 직투입으로 인한 유입 하수의 고농도화가 진행중이므로 이에 대한 대책 및 적정 기술의 적용 또한 추가적으로 필요하다. 현재 국내 운영중인 하수고도 처리시설 중 약 60%에 해당하는 처리시설에서의 방류수중 TP농도는 1.0mg/L로 국내 방류수 수질기준에서의 TP농도인 2.0mg/L에 비해 적은 농도로 방류되고 있으므로, 보다 현실적인 부영양화 제어 및 향후 물재이용의 확대를 위하여 방류수중 TN에 비해 상대적으로 그 양이 적고, 화학적 처리 여과시설을 통해 용이하게 제거 가능한 TP의 기준을 강화하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다. A²/O계열 공법의 경우 HRT 9～14시간의 조건에서 BOD 및 SS 평균 제거효율이 각각 95.1% 및 92.9%로 가장 우수하였으며, TN 및 TP 제거효율은 HRT 8～11시간의 조건에서 55.8% 및 62.9%의 가장 안정된 효율을 나타내었다. 반면 SBR계열 공법의 경우 HRT 20시간 이상에서도 BOD 및 SS 평균 제거효율이 각각 95.2% 및 94.6%로 안정적이었으며, HRT 40시간에서도 BOD 및 SS의 처리효율은 크게 달라지지 않았다. 특히 TN 및 TP의 경우에는 오히려 HRT 약 20시간을 전후로 66.4% 및 67.2%의 가장 좋은 처리효율을 나타내었다. Media가 충전된 유동상 하수고도처리 공법의 경우 BOD 및 SS 평균 제거효율이 HRT의 변화에 관계없이 각각 93.4% 및 92.8%로 안정적인 경향을 나타내었다. 반면, TN 및 TP는 HRT 8～10시간에서 각각 55.8% 및 67.6%의 가장 좋은 처리효율을 나타내었으며, HRT가 길어짐에 따라 TN 및 TP의 처리효율이 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. A²/O계열 및 SBR계열 공법에서의 유기물 및 질소·인 동시제거를 위한 적정 MLSS 범위는 3,000～4,000mg/L이었으며, Media계열 공법의 경우 MLSS 2,500～3,500mg/L로 A²/O계열 및 SBR계열 공법에 비해 상대적으로 낮은 농도에서 가장 좋은 제거특성을 나타내었다. 한편 A²/O계열 공법 및 Media계열 공법의 적정 SRT는 10일이었으나, SBR계열 공법의 경우 15일 이상으로 운전하여도 무방할 것으로 판단되었다. 유입수의 C/N(BOD/TP)비의 변화에 따라 TN제거효율이 가장 영향을 많이 받은 공정은 A²/O계열 공법이었으며, 그 다음으로 Media계열 공법 및 SBR계열 공법 순으로 나타났다. 반면 유입수 C/P(BOD/TP)비의 변화에 따른 TP제거효율이 가장 영향을 많이 받았던 공정은 SBR계열 공법이었으며, 그 다음으로 Media계열 공법이 SBR계열 공법과 유사하게 나타났으며, A²/O계열 공법은 영향정도가 매우 낮게 나타났다. A²/O계열 공법에서 고효율의 BOD제거를 위해서는 0.1 이상의 F/M비가 요구되었으나, 효과적인 TN 및 TP의 동시제거를 고려할 때는 F/M비 0.1～0.2 이상으로 유지하는 것이 바람직하였다. SBR계열 공법의 경우 낮은 F/M비에서도 안정적인 BOD, TN, TP의 처리가 가능하여 F/M비에 따른 영향을 거의 받지 않았으며, Media계열 공법의 경우 BOD처리를 위해서는 F/M비 0.1이상, TN 및 TP 동시 제거를 위해서는 F/M비 0.2 이상으로 유지하는 것이 필요하다고 판단되었다. SBR계열 공법은 유입유량과 유입수질의 변화가 심한 경우 적용하기 유리하였으나, A²/O계열 공법 및 Media계열 공법은 소규모와 대규모 모두 적용이 가능하고, 짧은 체류시간으로 SBR계열 공법에 비해 경제적일 것으로 판단되었다.
The object of this research is to analyze the wastewater characteristics by year and its performance through investigation of the long-term data in municipal wastewater treatment plants for optimal design and operation. The evaluation of wastewater characteristics by sites, variation of effluent and...
The object of this research is to analyze the wastewater characteristics by year and its performance through investigation of the long-term data in municipal wastewater treatment plants for optimal design and operation. The evaluation of wastewater characteristics by sites, variation of effluent and removal in the facilities, influent loading, cost, and sludge quantity by each process and scale were also performed. We evaluated the design and performance of biological nutrients removal processes through comparison with that of conventional activated sludge process. Analysis of important operating factors on the performance based on application data of advanced wastewater treatment plants for proposal of optimal operating condition and process was also performed. The main results of this research are as follows; Actual management cost increased as the scale of wastewater treatment plants is small and A²/O processes was cheap, because the periodical cost such as personnel expenses and electric power cost are required basically regardless of scale of the plants. Management cost in the facilities would be going up due to the increase in the quantity of yearing sludge production rate and increase of treatment cost of land disposal and incineration since the ocean disposal is prohibited from 2008. Therefore, selection of optimal process satisfying higher performance and lower expenses is needed, because the scale of new wastewater treatment plants is small and medium sized. When wastewater treatment plants are being installed, the process satisfying higher nitrogen removal at lower C/N ratio must be selected. However, appropriate measure and application of optimal advanced wastewater treatment technology are additionally needed, because sewer maintenance and high strength wastewater by direct input of human waste are progressing. Average effluent TP concentration was 1.0mg/L in about 60% of advanced wastewater treatment facilities operated in Korea. Whereas, the concentration was lower than effluent criteria of TP concentration of 2.0mg/L. Thus, effluent criteria for TP phosphorus which can be easily removed by physical filtration or chemical treatment and lower than nitrogen in effluent should be reset for actual eutrophication control and water reuse. Higher removal of BOD of 95.1% and SS of 92.9% could be achieved at HRTs of 9~14h, and both TN and TP removals were 55.8% and 62.9% at HRTs of 9~14h in A²/O type processes, respectively. Whereas, removals of BOD and SS were 95.2% and 94.6% even at longer HRTs above 20h in SBR type processes. Both removals of TN and TP were 66.4% and 67.2% at HRTs of about 20h. Whereas, higher BOD and SS removals could be achieved regardless of HRT in media type processes, and TN and TP removal were 55.8% and 67.6% at HRTs 8～10h, respectively. As HRT became longer, removals of TN and TP also rapidly decreased. Higher simultaneous removal of BOD, TN, and TP could be achieved at MLSS concentration of 3,000～4,000mg/L in A²/O and SBR type processes, and MLSS concentration of 2,500～3,500mg/L in media type processes. Optimal SRT was 10d in A²/O and media type processes, whereas optimal SRT ranges was above 15d in SBR type processes. Effect of influent C/N(BOD/TP) ratio on nitrogen removal was most higher in A²/O type processes, and effect of influent C/P(BOD/TP) ratio on nitrogen removal was most higher in SBR type. F/M ratio above 0.1kgBOD/kgMLSS/d was needed for higher BOD removal in A²/O type processes, optimal ranges for effective TN and TP removals was above 0.1~0.2kgBOD/kgMLSS/d. Comparable removals of BOD, TN, and TP could be performed at lower F/M ratio in SBR type processes, F/M ratio above 0.1kgBOD/kgMLSS/d for BOD removal and above 0.2kgBOD/kgMLSS/d for simultaneous removal TN and TP were needed in media type processes. SBR type processes had many advantages at the condition with fluctuation of influent quality and flow rate. Whereas A²/O and media type processes could be applied regardless of scale of wastewater treatment plants, and would be more economical process than SBR process by shorter HRT.
The object of this research is to analyze the wastewater characteristics by year and its performance through investigation of the long-term data in municipal wastewater treatment plants for optimal design and operation. The evaluation of wastewater characteristics by sites, variation of effluent and removal in the facilities, influent loading, cost, and sludge quantity by each process and scale were also performed. We evaluated the design and performance of biological nutrients removal processes through comparison with that of conventional activated sludge process. Analysis of important operating factors on the performance based on application data of advanced wastewater treatment plants for proposal of optimal operating condition and process was also performed. The main results of this research are as follows; Actual management cost increased as the scale of wastewater treatment plants is small and A²/O processes was cheap, because the periodical cost such as personnel expenses and electric power cost are required basically regardless of scale of the plants. Management cost in the facilities would be going up due to the increase in the quantity of yearing sludge production rate and increase of treatment cost of land disposal and incineration since the ocean disposal is prohibited from 2008. Therefore, selection of optimal process satisfying higher performance and lower expenses is needed, because the scale of new wastewater treatment plants is small and medium sized. When wastewater treatment plants are being installed, the process satisfying higher nitrogen removal at lower C/N ratio must be selected. However, appropriate measure and application of optimal advanced wastewater treatment technology are additionally needed, because sewer maintenance and high strength wastewater by direct input of human waste are progressing. Average effluent TP concentration was 1.0mg/L in about 60% of advanced wastewater treatment facilities operated in Korea. Whereas, the concentration was lower than effluent criteria of TP concentration of 2.0mg/L. Thus, effluent criteria for TP phosphorus which can be easily removed by physical filtration or chemical treatment and lower than nitrogen in effluent should be reset for actual eutrophication control and water reuse. Higher removal of BOD of 95.1% and SS of 92.9% could be achieved at HRTs of 9~14h, and both TN and TP removals were 55.8% and 62.9% at HRTs of 9~14h in A²/O type processes, respectively. Whereas, removals of BOD and SS were 95.2% and 94.6% even at longer HRTs above 20h in SBR type processes. Both removals of TN and TP were 66.4% and 67.2% at HRTs of about 20h. Whereas, higher BOD and SS removals could be achieved regardless of HRT in media type processes, and TN and TP removal were 55.8% and 67.6% at HRTs 8～10h, respectively. As HRT became longer, removals of TN and TP also rapidly decreased. Higher simultaneous removal of BOD, TN, and TP could be achieved at MLSS concentration of 3,000～4,000mg/L in A²/O and SBR type processes, and MLSS concentration of 2,500～3,500mg/L in media type processes. Optimal SRT was 10d in A²/O and media type processes, whereas optimal SRT ranges was above 15d in SBR type processes. Effect of influent C/N(BOD/TP) ratio on nitrogen removal was most higher in A²/O type processes, and effect of influent C/P(BOD/TP) ratio on nitrogen removal was most higher in SBR type. F/M ratio above 0.1kgBOD/kgMLSS/d was needed for higher BOD removal in A²/O type processes, optimal ranges for effective TN and TP removals was above 0.1~0.2kgBOD/kgMLSS/d. Comparable removals of BOD, TN, and TP could be performed at lower F/M ratio in SBR type processes, F/M ratio above 0.1kgBOD/kgMLSS/d for BOD removal and above 0.2kgBOD/kgMLSS/d for simultaneous removal TN and TP were needed in media type processes. SBR type processes had many advantages at the condition with fluctuation of influent quality and flow rate. Whereas A²/O and media type processes could be applied regardless of scale of wastewater treatment plants, and would be more economical process than SBR process by shorter HRT.
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