급속한 도시화와 산업화로 인해 수자원이 고갈돼 물 수요량이 증가하였고 그에 따라 물 부족 현상이 심화되고 있으며, 이를 해소할 수 있는 수자원 확보기술에 대한 연구가 필요한 상황이다. 따라서 새로운 수자원 확보를 위한 방안으로 하수처리수재이용 하는 것이 현실적인 대안으로 부상하였다. 환경부 물재이용기본계획(2011–2020)에 따라 2020년에는 하수처리수의 전체 재이용량을 31.1 % 증가시키는 것을 목표로 삼고 있다. 또한 환경부는 2017년 1월 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률의 제정 및 공포, 2018년 6월 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률에 대한 시행령을 발표하여 하수처리수재이용을 권장하고 있다. 점차 강화되는 수질환경기준에 따라 하수처리장의 경우 유기물 및 영양염류(질소·인)에 대한 처리가 요구되는 상황이다. 2012년부터 동절기 질소수질기준을 하절기와 동일한 20 mg/L로 강화하였으며, 점차 강화되는 추세에 따라 총질소의 방류기준을 현행 20 mg/L에서 15 mg/L로 강화할 경우, 많은 처리장이 방류기준을 만족시키지 못할 것으로 보이며, 10 mg/L까지 강화하는 경우에는 기존 처리장의 대대적인 개량이 요구될 전망이다. 국내 하수의 경우 낮은 C/N비율 때문에 ...
급속한 도시화와 산업화로 인해 수자원이 고갈돼 물 수요량이 증가하였고 그에 따라 물 부족 현상이 심화되고 있으며, 이를 해소할 수 있는 수자원 확보기술에 대한 연구가 필요한 상황이다. 따라서 새로운 수자원 확보를 위한 방안으로 하수처리수재이용 하는 것이 현실적인 대안으로 부상하였다. 환경부 물재이용기본계획(2011–2020)에 따라 2020년에는 하수처리수의 전체 재이용량을 31.1 % 증가시키는 것을 목표로 삼고 있다. 또한 환경부는 2017년 1월 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률의 제정 및 공포, 2018년 6월 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률에 대한 시행령을 발표하여 하수처리수재이용을 권장하고 있다. 점차 강화되는 수질환경기준에 따라 하수처리장의 경우 유기물 및 영양염류(질소·인)에 대한 처리가 요구되는 상황이다. 2012년부터 동절기 질소수질기준을 하절기와 동일한 20 mg/L로 강화하였으며, 점차 강화되는 추세에 따라 총질소의 방류기준을 현행 20 mg/L에서 15 mg/L로 강화할 경우, 많은 처리장이 방류기준을 만족시키지 못할 것으로 보이며, 10 mg/L까지 강화하는 경우에는 기존 처리장의 대대적인 개량이 요구될 전망이다. 국내 하수의 경우 낮은 C/N비율 때문에 메탄올 등의 외부 탄소원의 주입이 필요하여 약품비용이 과다하게 소모되는 문제점이 있으며, 미생물 수율이 크기 때문에 슬러지가 과량 생성돼 잉여슬러지 처리시설이 필요하게 되는 한계가 있다. 종속영양탈질의 대안으로, 전자 공여체로서 황 화합물이 환원 된 종속영양 및 독립영양탈질은 슬러지발생량이 적고 외부 탄소원이 불필요하기 때문에 각광받는 기술이다. 기존 황이용 독립영양탈질에 사용된 담체들은 주로 순수 황 분말 및 입상 황을 사용하였으며, pH저하, 미생물 증식의 어려움, 약한 강도 및 반응조 추가설치 등의 단점이 있다. 따라서 이를 개선할 수 있는 담체의 개발이 필요한 시점이다. 본 연구에서는 기존 종속영양탈질의 단점 중 하나인 외부탄소원의 주입문제 및 기존 황이용 독립영양탈질의 문제점인 pH 저하, 미생물 증식의 어려움, 약한 강도 등을 개선한 복합 황 담체를 제조하여 하수 내 존재하는 고농도의 질산성질소의 처리효율을 높이는데 그 목적이 있으며, 나아가 제조한 담체를 기존 생물학적 질소처리공정에 투입하여 그 적용가능성을 검토하고자 황 혼합물과 sodium alginate 및 sodium silicate를 이용하여 담체를 제조 하였으며, 다양한 조건변화를 통한 수 처리 특성을 분석하였다. 또한 인공원수를 이용한 실내실험과 실제원수를 이용한 pilot test를 통해 담체의 적용가능성 및 기타 수질에 미치는 영향을 분석한 결과는 다음과 같다. Sodium alginate의 문제점을 개선하고자 새로운 바인더로써 sodium silicate를 사용하였으며, PAC를 첨가한 담체는 제조 시 고온건조 과정에서 생성되는 공극의 크기와 수가 증가하여 담체의 거칠기 및 비표면적이 향상되었다. 또한 담체에 포함된 CaCO3로 인해 충분한 알칼리도를 공급, pH저하를 방지할 수 있었으며, 교반에 의해 쉽게 분해되지 않을 정도로 강도가 매우 단단하다. Sodium silicate 및 PAC를 첨가한 담체를 제조하여 인공원수를 적용한 실내실험을 실시한 결과 담체를 투입하였을 경우 질산성질소의 처리효율을 약 30 % 향상시킬 수 있었다. 또한 회분식 실험결과와 마찬가지로 담체에 포함된 CaCO3로 인해 황 탈질 반응에 필요한 알칼리도를 공급하여 pH저하를 방지할 수 있는 것으로 나타났다. 황산이온 생성 비는 평균 1.96으로 이론 생성비보다 낮게 관찰되었는데, MBR 반응조 내에서 종속영양 탈질과 독립영양탈질이 동시에 발생해 나타난 결과로 사료된다. 담체를 투입한 반응조의 미생물을 분석한 결과 황 산화 미생물이 증식한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 담체를 투입하면 낮은 C/N비 조건에서도 황 탈질반응을 유도해 질산성질소의 처리효율을 높일 수 있었다. 실제하수를 적용해 담체 투입 유·무에 따른 처리수질을 비교분석한 결과 약 두 달 간의 운전기간 동안 담체를 투입하였을 때 총질소의 농도가 16.7 mg/L 낮게 나타났으며, 담체를 투입하였을 때 총질소의 처리효율이 약 30 % 향상된 것으로 나타났고 일정한 처리수질을 유지하였다. 담체를 투입함으로써 고농도의 질소가 유입되어도 충분한 양의 알칼리도를 공급하여 처리효율에 미치는 영향을 최소화 하였으며, 그 결과 pH를 효율적으로 조절하여 미생물의 탄소원으로 공급하면서 탈질 미생물의 성장을 촉진시켰다. 담체 투입 유무에 따른 COD농도 변화는 없는 것으로 나타났으며, 담체에 의해 생성되는 특정 유기물은 존재하지 않는 것으로 판단된다. COD의 변화량은 약 150 mg/L이며, 이 양이 모두 탈질에 이용되었다고 가정할 때 종속영양탈질량은 40 mg NO3—-N/L이다. 이는 제거된 NO3—-N 45 mg/L보다 낮은 값으로 본 연구기간 동안 종속영양탈질과 황을 이용한 탈질이 동시에 진행됐음을 알 수 있었다. 또한 실험기간 동안 일정 범위의 pH를 유지하였으며, 담체가 알칼리도의 저하를 방지하여 탈질효율을 높일 수 있음을 확인할 수 있었다. 담체를 투입하였을 때 1 mg의 질산성질소가 처리됨에 따라 5.2 mg의 황산이온이 생성되는 것으로 나타났으며, 담체를 반응조 내에 투입함으로써 목표로 하였던 황 탈질반응을 유도할 수 있는 것으로 나타났다.
급속한 도시화와 산업화로 인해 수자원이 고갈돼 물 수요량이 증가하였고 그에 따라 물 부족 현상이 심화되고 있으며, 이를 해소할 수 있는 수자원 확보기술에 대한 연구가 필요한 상황이다. 따라서 새로운 수자원 확보를 위한 방안으로 하수처리수재이용 하는 것이 현실적인 대안으로 부상하였다. 환경부 물재이용기본계획(2011–2020)에 따라 2020년에는 하수처리수의 전체 재이용량을 31.1 % 증가시키는 것을 목표로 삼고 있다. 또한 환경부는 2017년 1월 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률의 제정 및 공포, 2018년 6월 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률에 대한 시행령을 발표하여 하수처리수재이용을 권장하고 있다. 점차 강화되는 수질환경기준에 따라 하수처리장의 경우 유기물 및 영양염류(질소·인)에 대한 처리가 요구되는 상황이다. 2012년부터 동절기 질소수질기준을 하절기와 동일한 20 mg/L로 강화하였으며, 점차 강화되는 추세에 따라 총질소의 방류기준을 현행 20 mg/L에서 15 mg/L로 강화할 경우, 많은 처리장이 방류기준을 만족시키지 못할 것으로 보이며, 10 mg/L까지 강화하는 경우에는 기존 처리장의 대대적인 개량이 요구될 전망이다. 국내 하수의 경우 낮은 C/N비율 때문에 메탄올 등의 외부 탄소원의 주입이 필요하여 약품비용이 과다하게 소모되는 문제점이 있으며, 미생물 수율이 크기 때문에 슬러지가 과량 생성돼 잉여슬러지 처리시설이 필요하게 되는 한계가 있다. 종속영양탈질의 대안으로, 전자 공여체로서 황 화합물이 환원 된 종속영양 및 독립영양탈질은 슬러지발생량이 적고 외부 탄소원이 불필요하기 때문에 각광받는 기술이다. 기존 황이용 독립영양탈질에 사용된 담체들은 주로 순수 황 분말 및 입상 황을 사용하였으며, pH저하, 미생물 증식의 어려움, 약한 강도 및 반응조 추가설치 등의 단점이 있다. 따라서 이를 개선할 수 있는 담체의 개발이 필요한 시점이다. 본 연구에서는 기존 종속영양탈질의 단점 중 하나인 외부탄소원의 주입문제 및 기존 황이용 독립영양탈질의 문제점인 pH 저하, 미생물 증식의 어려움, 약한 강도 등을 개선한 복합 황 담체를 제조하여 하수 내 존재하는 고농도의 질산성질소의 처리효율을 높이는데 그 목적이 있으며, 나아가 제조한 담체를 기존 생물학적 질소처리공정에 투입하여 그 적용가능성을 검토하고자 황 혼합물과 sodium alginate 및 sodium silicate를 이용하여 담체를 제조 하였으며, 다양한 조건변화를 통한 수 처리 특성을 분석하였다. 또한 인공원수를 이용한 실내실험과 실제원수를 이용한 pilot test를 통해 담체의 적용가능성 및 기타 수질에 미치는 영향을 분석한 결과는 다음과 같다. Sodium alginate의 문제점을 개선하고자 새로운 바인더로써 sodium silicate를 사용하였으며, PAC를 첨가한 담체는 제조 시 고온건조 과정에서 생성되는 공극의 크기와 수가 증가하여 담체의 거칠기 및 비표면적이 향상되었다. 또한 담체에 포함된 CaCO3로 인해 충분한 알칼리도를 공급, pH저하를 방지할 수 있었으며, 교반에 의해 쉽게 분해되지 않을 정도로 강도가 매우 단단하다. Sodium silicate 및 PAC를 첨가한 담체를 제조하여 인공원수를 적용한 실내실험을 실시한 결과 담체를 투입하였을 경우 질산성질소의 처리효율을 약 30 % 향상시킬 수 있었다. 또한 회분식 실험결과와 마찬가지로 담체에 포함된 CaCO3로 인해 황 탈질 반응에 필요한 알칼리도를 공급하여 pH저하를 방지할 수 있는 것으로 나타났다. 황산이온 생성 비는 평균 1.96으로 이론 생성비보다 낮게 관찰되었는데, MBR 반응조 내에서 종속영양 탈질과 독립영양탈질이 동시에 발생해 나타난 결과로 사료된다. 담체를 투입한 반응조의 미생물을 분석한 결과 황 산화 미생물이 증식한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 담체를 투입하면 낮은 C/N비 조건에서도 황 탈질반응을 유도해 질산성질소의 처리효율을 높일 수 있었다. 실제하수를 적용해 담체 투입 유·무에 따른 처리수질을 비교분석한 결과 약 두 달 간의 운전기간 동안 담체를 투입하였을 때 총질소의 농도가 16.7 mg/L 낮게 나타났으며, 담체를 투입하였을 때 총질소의 처리효율이 약 30 % 향상된 것으로 나타났고 일정한 처리수질을 유지하였다. 담체를 투입함으로써 고농도의 질소가 유입되어도 충분한 양의 알칼리도를 공급하여 처리효율에 미치는 영향을 최소화 하였으며, 그 결과 pH를 효율적으로 조절하여 미생물의 탄소원으로 공급하면서 탈질 미생물의 성장을 촉진시켰다. 담체 투입 유무에 따른 COD농도 변화는 없는 것으로 나타났으며, 담체에 의해 생성되는 특정 유기물은 존재하지 않는 것으로 판단된다. COD의 변화량은 약 150 mg/L이며, 이 양이 모두 탈질에 이용되었다고 가정할 때 종속영양탈질량은 40 mg NO3—-N/L이다. 이는 제거된 NO3—-N 45 mg/L보다 낮은 값으로 본 연구기간 동안 종속영양탈질과 황을 이용한 탈질이 동시에 진행됐음을 알 수 있었다. 또한 실험기간 동안 일정 범위의 pH를 유지하였으며, 담체가 알칼리도의 저하를 방지하여 탈질효율을 높일 수 있음을 확인할 수 있었다. 담체를 투입하였을 때 1 mg의 질산성질소가 처리됨에 따라 5.2 mg의 황산이온이 생성되는 것으로 나타났으며, 담체를 반응조 내에 투입함으로써 목표로 하였던 황 탈질반응을 유도할 수 있는 것으로 나타났다.
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