슬러지의 해양투기가 런던협약에 의해 2012년부터 금지됨에 따라 전체 하·폐수처리 공정에서 고농도 유기성 폐기물 처리와 더불어 고부가가치 자원인 메탄가스를 회수할 수 있는 장점을 가진 혐기성 소화조가 차지하는 부분은 더욱 커질 것으로 예상된다. 그러면서 소화조의 효율을 향상시키기 위해 기존의 단일 혐기성 소화조를 2단 및 2상 혐기성 소화조로 변경, 막 결합형 소화조, 고온 소화, 초음파 및 ...
슬러지의 해양투기가 런던협약에 의해 2012년부터 금지됨에 따라 전체 하·폐수처리 공정에서 고농도 유기성 폐기물 처리와 더불어 고부가가치 자원인 메탄가스를 회수할 수 있는 장점을 가진 혐기성 소화조가 차지하는 부분은 더욱 커질 것으로 예상된다. 그러면서 소화조의 효율을 향상시키기 위해 기존의 단일 혐기성 소화조를 2단 및 2상 혐기성 소화조로 변경, 막 결합형 소화조, 고온 소화, 초음파 및 원심분리기를 이용한 전처리 등의 연구가 활발히 진행되고 있으며 실제 처리장에서도 많이 적용되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 혐기성 소화조의 효율성 및 다양성을 확대시키기 위하여 가압식 UF막을 결합한 2상 고온(50±3℃) 혐기성 소화조 처리 공정을 lap scale로 설계 및 제작하여 실험에 임하였으며, 하·폐수처리 공정에서 나오는 잉여슬러지를 원수로 사용하였다. 실험 진행은 중온에서 고온으로의 30일간의 안정화 기간 후 180일간 운전 압력 2~4kgf/cm2로 변경하면서 진행하였다. 실험결과, 메탄생성조의 COD 제거효율이 막의 고액분리로 인한 농축순환수에 의한 고형물 축적에도 불구하고 24%의 높은 제거 효율을 나타냈으며, 최종적인 유출수인 TCODCr, TS, TP가 각각 98, 91, 67%의 높은 제거효율을 나타내면서, 일반적인 소화조 유출수 수질보다 월등히 깨끗해지는 것을 볼 수 있었다. 또한 UF 막의 높은 고액분리능과 cross-flow 방식의 농축 순환수로 인해 메탄발생 미생물의 유출이 일어나지 않아, 메탄생성조 내의 메탄발생 미생물의 체류시간 증가 및 활성도의 증가로 메탄 발생량이 막을 결합하지 않은 고온 혐기성 소화조에 비해 약 2.92배정도 향상하는 것을 볼 수 있었다. 하지만, 막 운전 압력을 2, 3, 4kgf/cm2로 변경하면서 운전시, 4kgf/cm2에서 고압의 펌프에 의한 전단력의 영향으로 메탄 발생률이 중간에 하락하는 것을 볼 수 있었다. 또한 선행 연구인 막 결합형 2상 중온 혐기성 소화조의 결과와 비교했을 때, 메탄 발생률 및 유기물질 제거효율 증가, 막에 걸리는 부하가 감소하는 것을 알 수 있었다. 그리고, 막의 적용 압력을 2, 3, 4kgf/cm2으로 증가시켰을 때, 플럭스, 물세정 주기가 증가하였지만 회복률이 떨어지는 것을 볼 수 있었으며, 적용 압력에 따른 플럭스 변화, 물세정 주기, 물세정 주기 후 회복률, 유입 COD 부하당 CH4 생성률을 비교했을 때, 3kgf/cm2 부근이 적정 운전 압력으로 판단되어진다.
슬러지의 해양투기가 런던협약에 의해 2012년부터 금지됨에 따라 전체 하·폐수처리 공정에서 고농도 유기성 폐기물 처리와 더불어 고부가가치 자원인 메탄가스를 회수할 수 있는 장점을 가진 혐기성 소화조가 차지하는 부분은 더욱 커질 것으로 예상된다. 그러면서 소화조의 효율을 향상시키기 위해 기존의 단일 혐기성 소화조를 2단 및 2상 혐기성 소화조로 변경, 막 결합형 소화조, 고온 소화, 초음파 및 원심분리기를 이용한 전처리 등의 연구가 활발히 진행되고 있으며 실제 처리장에서도 많이 적용되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 혐기성 소화조의 효율성 및 다양성을 확대시키기 위하여 가압식 UF막을 결합한 2상 고온(50±3℃) 혐기성 소화조 처리 공정을 lap scale로 설계 및 제작하여 실험에 임하였으며, 하·폐수처리 공정에서 나오는 잉여슬러지를 원수로 사용하였다. 실험 진행은 중온에서 고온으로의 30일간의 안정화 기간 후 180일간 운전 압력 2~4kgf/cm2로 변경하면서 진행하였다. 실험결과, 메탄생성조의 COD 제거효율이 막의 고액분리로 인한 농축순환수에 의한 고형물 축적에도 불구하고 24%의 높은 제거 효율을 나타냈으며, 최종적인 유출수인 TCODCr, TS, TP가 각각 98, 91, 67%의 높은 제거효율을 나타내면서, 일반적인 소화조 유출수 수질보다 월등히 깨끗해지는 것을 볼 수 있었다. 또한 UF 막의 높은 고액분리능과 cross-flow 방식의 농축 순환수로 인해 메탄발생 미생물의 유출이 일어나지 않아, 메탄생성조 내의 메탄발생 미생물의 체류시간 증가 및 활성도의 증가로 메탄 발생량이 막을 결합하지 않은 고온 혐기성 소화조에 비해 약 2.92배정도 향상하는 것을 볼 수 있었다. 하지만, 막 운전 압력을 2, 3, 4kgf/cm2로 변경하면서 운전시, 4kgf/cm2에서 고압의 펌프에 의한 전단력의 영향으로 메탄 발생률이 중간에 하락하는 것을 볼 수 있었다. 또한 선행 연구인 막 결합형 2상 중온 혐기성 소화조의 결과와 비교했을 때, 메탄 발생률 및 유기물질 제거효율 증가, 막에 걸리는 부하가 감소하는 것을 알 수 있었다. 그리고, 막의 적용 압력을 2, 3, 4kgf/cm2으로 증가시켰을 때, 플럭스, 물세정 주기가 증가하였지만 회복률이 떨어지는 것을 볼 수 있었으며, 적용 압력에 따른 플럭스 변화, 물세정 주기, 물세정 주기 후 회복률, 유입 COD 부하당 CH4 생성률을 비교했을 때, 3kgf/cm2 부근이 적정 운전 압력으로 판단되어진다.
In anaerobic digestion, biomass retention is significantly important due to low-growth rates of methanogenic bacteria. A complete retention of all microorganisms, can be achieved in membrane coupled anaerobic digestions by the use of micro-filtration or ultra-filtration membrane modules. Membrane pr...
In anaerobic digestion, biomass retention is significantly important due to low-growth rates of methanogenic bacteria. A complete retention of all microorganisms, can be achieved in membrane coupled anaerobic digestions by the use of micro-filtration or ultra-filtration membrane modules. Membrane provides exceptional suspended solids removal and complete biomass retention that can improve the digestion process, and microbial activity improvement caused by increased SRT results in more methane production. But their commercial application to anaerobic digestion has been limited due to frequent membrane replacement cost, membrane washing cost and difficulties of membrane fouling control. Therefore, if membrane fouling, washing cycle and membrane replacement cycle are properly controlled with increased methane production amount of high added-value resource, it will be judged as sufficiently efficient process.
This study focused on the efficiency enhancement of membrane coupled two-phase thermophilic(50±3℃) digestion by using excess sludge. Experiments during 180 days were carried out while changing the operation pressure after thermophilic stabilization period of 30 days. Results showed that the COD removal efficiency of methanogenic reactor was over 24%, although concentrated cyclic water from solid-liquid suid ation of membrane caused solid accumulation of methanogenic reactor. The final effluent removal efficiency of TCODCr(98%), TS(91%) and TP(67%) were higher than effluent removal efficiency of general anaerobic digestion.enigh solid-liquid suid ation capaciefficiUF membrane and concentrated cyclic water from cross-flow increased solids retention time(SRT) and activity of methane production microorganisms in the methanogenic reactor, because microorganisms was not discharged into the final effluent. Therefore, methane production on on were increased approximn oly 3.0 fold compared to no membrane coupled two-phase thermophilic digestion.enowever, when the membrane module were operated at 4kg/cm2 4kghigher, methane production on on tended to be lowerimnlso, production on on of methane, the removal efficiency of organic mn ter increases and the fouling reduction of membrane were obser thewhen compared to the membrane coupled two-phase mesophilic digestion of pre-researcher. Optimal pressure of 3kgf/cm2 could be estimated by results of water washing cycles, recovery rates and methane gas productions depending on operation pressure increase.
As a result, this process is judged appropriate process in accordance with current water industry trends related to wastewater treatment, because improved efficiency in the anaerobic digestion caused excess sludge treatment efficiency and environment-friendly energy production rates increases.
In anaerobic digestion, biomass retention is significantly important due to low-growth rates of methanogenic bacteria. A complete retention of all microorganisms, can be achieved in membrane coupled anaerobic digestions by the use of micro-filtration or ultra-filtration membrane modules. Membrane provides exceptional suspended solids removal and complete biomass retention that can improve the digestion process, and microbial activity improvement caused by increased SRT results in more methane production. But their commercial application to anaerobic digestion has been limited due to frequent membrane replacement cost, membrane washing cost and difficulties of membrane fouling control. Therefore, if membrane fouling, washing cycle and membrane replacement cycle are properly controlled with increased methane production amount of high added-value resource, it will be judged as sufficiently efficient process.
This study focused on the efficiency enhancement of membrane coupled two-phase thermophilic(50±3℃) digestion by using excess sludge. Experiments during 180 days were carried out while changing the operation pressure after thermophilic stabilization period of 30 days. Results showed that the COD removal efficiency of methanogenic reactor was over 24%, although concentrated cyclic water from solid-liquid suid ation of membrane caused solid accumulation of methanogenic reactor. The final effluent removal efficiency of TCODCr(98%), TS(91%) and TP(67%) were higher than effluent removal efficiency of general anaerobic digestion.enigh solid-liquid suid ation capaciefficiUF membrane and concentrated cyclic water from cross-flow increased solids retention time(SRT) and activity of methane production microorganisms in the methanogenic reactor, because microorganisms was not discharged into the final effluent. Therefore, methane production on on were increased approximn oly 3.0 fold compared to no membrane coupled two-phase thermophilic digestion.enowever, when the membrane module were operated at 4kg/cm2 4kghigher, methane production on on tended to be lowerimnlso, production on on of methane, the removal efficiency of organic mn ter increases and the fouling reduction of membrane were obser thewhen compared to the membrane coupled two-phase mesophilic digestion of pre-researcher. Optimal pressure of 3kgf/cm2 could be estimated by results of water washing cycles, recovery rates and methane gas productions depending on operation pressure increase.
As a result, this process is judged appropriate process in accordance with current water industry trends related to wastewater treatment, because improved efficiency in the anaerobic digestion caused excess sludge treatment efficiency and environment-friendly energy production rates increases.
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