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문제 정의
- 이러한 배경으로 본 실험에서는 UASB-PBR 반응조를 이용하여 보다 안정적이며 효율적인 페놀의 처리 방법의 모색. 즉 일반산업폐수 및 하수의 주요성분인 글루코스를 공동기질로 이용하여 페놀분해효율의 증진과 후단 질산화 반응조를 연결하여 탄소원과 질소원의 동시처리가능성에 대해 연구하였다.
- 모색. 즉 일반산업폐수 및 하수의 주요성분인 글루코스를 공동기질로 이용하여 페놀분해효율의 증진과 후단 질산화 반응조를 연결하여 탄소원과 질소원의 동시처리가능성에 대해 연구하였다.
제안 방법
- Pheno분석은 HPLC(Waters. USA)를 이용하였으며 시 료는 0.45 pm membrane filer로 여 과한 후 syringe를 이용하여 시료량을 40 "L를 주입하였다.
- alkalinity는 매일 측정하였으며, port별 SCODcr, VSS는 Standard Method에 준하여 분석하였다.(2) NOx-N과 PO4-P 는 Ion Chromatography(Dionex-lOO)S-, NH-N 는 Flow Injection Analysis(Quick Chem 8000, method 10-107-06-1-B)로 분석하였다 UASB에서 나오는 가스 성분분석은 GC-TCD(GC -8A SHI- MAZU. JAPAN) 로 분석하였으며 고무 septum이 달린 sampling port를 두어 gas tight syringe를 직접 주입하여 시료를 채취하였고 그 양은 300 L로하였다.
- 회 분식 SMA 방법을 이용하여 입상슬러지의 VSS를 각각 136, 171. 216, 236 mg VSS/L 로 주입하였으며 페놀의 주입 농도를 각각 800, 1200. 1600.
- 2. Gas production in activity recovery test.
- Glucose를 2000 mg/L에서 1000 mg/L로 줄이고(46일째) 이후 일정하게 glucose농도를 유지하고 페놀의 농도를 증가시켜가며 실험을 실시하였고 HRT 24 hrs로 운전하였다. 유기 물의 제거 효율은 약 90% 정도를 꾸준히 유지하였으며 페놀의 주입 농도의 증가에 따라 유입 SCOD의 농도도 증가하여 운전 135일째에는 4300 mg/L까지 증가하였으나 이미순응이 된 미생물에 의한 제거효율은 일정하게 90% 이상으로 유지되었다.
- Glucose를 공동기질로 이용하여 페놀을 순응시킨입상슬러지를 이용하여 페놀의 독성한계농도 실험을 실시 하였다. 회 분식 SMA 방법을 이용하여 입상슬러지의 VSS를 각각 136, 171.
- 하였다. Glucose를 탄소원으로 3500 mg SCOD/L의 유입원수를 희석하여 주입하면서 활성 회복실험을 실시하였다.
- J 하수처리장의 반송슬러지를 이용하여 담체 개체당 38.46 mg의 미생물을 부착시킨 후 공동기질을 주입 한 UASB반응조의 유출수를 수두차를 이용하여상향류식 으로 유입 하였다. 체류시 간은 24 hrs.
- UASB반응조 입상슬러지는 약 50일간 탄소 원의 유입과 온도조절을 하지 않은 상태에서 후속 운전 을 실시한 결과 활성을 바로 회복하였으며 이를 이용한 실험 결과는 다음과 같다.
- UASB침전부에는 가스유출구를 만들어 Wet gas meter(SINA- GAWA, WN-K 1A)를 설치하고 매일 가스 발생량을 기록하였다. pH(Orion-290A).
- 반응조는 기존에 glucose를 대상폐수로 SCOD 3500 mg/L의 인공 합성폐수를 대상으로 약 95% 이상의 제거효율로 운전되었던 것으로 탄소원의 공급을 중단한 채로 각각 100일간, 50일간 방치된 상태로서 새로운 실험을 위해 granule의 활성능에 대한 실험을 하였다. Glucose를 탄소원으로 3500 mg SCOD/L의 유입원수를 희석하여 주입하면서 활성 회복실험을 실시하였다.
- 침전부를 포함한 전체용적은 5 L이다. 원수는 Peristaltic PumpfMINIPLUS3)를 이용하여 정량적으로 하부의 distributor를 통해 상향류식으로 유입되도록 하였다.
- 375 cm3인 메디아 900개를 충진하여 반응조 용적대비 88%를 차지하였다. 유입수는 UASB의유출수로 수두차를 이용하여 직접 상향류로 유입되도록 하였으며 산기관을 하부에 설치하였다.
- 일정기간의 순응 후 페놀의 농도를 1000 mg/L까지 점차적으로 증가시켜 가며 실험을 하였다. Fig.
- 회복실험이후 glucose농도를 줄이고 phen이의 농도를 서서히 증가시키며 입상슬러지를 페놀에 순응시켰다. 약 80일간의 순응 이후 페놀을 유일한 탄소 원으로 약 420 mg/L농도로 주입하기 시작하여 800 mg/L까지 단계적으로 증가시켰다.
- 회복실험이후 glucose의 농도를 2000 mg/L로 유지하며 약 40일간 페놀의 농도를 100 mg/L에서 200 mg/L로 증가시켜가며 실험하였고 그 이후에는 glucose의 농도를 1000 mg/L로 고정하고 페놀의 농도를 약 800 mg/L까지 증가시 키 며 처리 특성 을 실험하였다.
대상 데이터
- PBR 반응조는 내경 9 cm(As = 64 cm2). 높이 53 cm의 원통형 칼럼으로 유효용적 3.4 L를 사용하였다. 사용한 메디아는 폴리프로필렌과 나일론을 재 질로 만들어진 구형의 섬모접촉여재로서 가운데 축 을 중심으로 짧은 섬모가 붙어있는 형태이다.
- 4 L를 사용하였다. 사용한 메디아는 폴리프로필렌과 나일론을 재 질로 만들어진 구형의 섬모접촉여재로서 가운데 축 을 중심으로 짧은 섬모가 붙어있는 형태이다. 하나의 부피가 3.
이론/모형
- pH(Orion-290A). alkalinity는 매일 측정하였으며, port별 SCODcr, VSS는 Standard Method에 준하여 분석하였다.(2) NOx-N과 PO4-P 는 Ion Chromatography(Dionex-lOO)S-, NH-N 는 Flow Injection Analysis(Quick Chem 8000, method 10-107-06-1-B)로 분석하였다 UASB에서 나오는 가스 성분분석은 GC-TCD(GC -8A SHI- MAZU.
- 하였다. 회 분식 SMA 방법을 이용하여 입상슬러지의 VSS를 각각 136, 171. 216, 236 mg VSS/L 로 주입하였으며 페놀의 주입 농도를 각각 800, 1200.
성능/효과
- 1) 페놀을 유일한 탄소원으로 주입한 경우 600 mg/L의 농도까지 99% 이상의 제거효율을 나타낼 수 있었으나 1000 mg/L 고부하에 의한 충격 부하에 대해서는 약 10일 만에 회복하였고 pH 5의 유입수에 의한 영향은 약 40여일이 소요되었다. 미생물의 활성 도는 0.
- 2) 페놀과 glucose를 공동기질로 주입한 경우 순응기간이 약 90일이 소요되었으며 약 760 mg/ L의 페놀주입농도에 대해 98% 이상의 제거효율을 보였고 미생물의 활성도는 0.135 g phenol/g VSS - d. 0.
- 3) Glucose와 공동기질로 페놀에 순응된 미생물의 회분실험 결과 F/M비 25인 경우 페놀농도 1200 mg/L까지는 생물학적 분해에 거의 저흐H 를 일으키지 않았으며 1600~2000 mg/L의 농도 하에서 저해를 일으키는 것으로 나타났다
- 4) 생물막 담체를 이용한 질산화 반응실험 결과 페놀에 의한 질산화 미생물의 활성 저해 정도가 미미하여 유입수 페놀농도 10-12 mg/L 하에서도 질산화 반응은 0.038 g/m3-media . d의 부하 조건에서 90% 이상의 효율을 나타내었고 페놀은 98% 이상의 높은 제거효율을 나타내었다.
- 왔다. Bacteria, fungi 등에 의해 공동기질로서 페놀의 제거가 가능하고 또한 유일한 탄소원으로서 페놀의 사용이 가능한 것으로 밝혀졌다
- Glucose를 공동기질로 이용한 결과 페놀의 분해 특성이 향상되어 약 760 mg/L의 주입 농도에 대해서도 안정 적 으로 98% 이상의 제거 효율을 나타내었다.
- 이러한 원인은 일정 기간의 페놀에 대한 순응기간이 없이 100 mg/L에서부터 점차적으로 증가시키면서 실험을 실시하였기 때문이다. Glucose를 공동기질로 하여 페놀의 순응 및 페놀의 미생물에 의한 분해특성을 실험한 결과 약 90일 후 600 mg/L의 페놀을 95% 이상의 효율로 제거할 수 있게 되었다.
- 135 g phenol/g VSS . d값으로 나타나서 페놀을 유일한 탄소원으로 주입한 경우에 비해 페놀의 제거농도도 증가하였으며 또한 단위 미생물당제거능도 증가함을 알 수 있었다. 이러한 결과를 토대로 phenol의 분해시 glucose를 공동기질로 주입하는 경우 페놀의 제거효율뿐 아니라 단위 미생물당 phenol분해능도 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.
- 257L/g VSS . d로 페놀 단독주입의 경우보다 우위를 보였으며 CH4 함유율은 70%였다.
- 가스발생량은 Fig. 5와 같이 페놀의 고부하 유입에 의한 영향은 거의 받지 않고 오히려 유입수의 pH 저하에 의한 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 메탄가스의 조성은 고부하 조건이나 pH 저하에 의한 영향을 거의 받지 않고 일정하게 65~70% 범위를 나타내었다.
- 400 mL/hr로 발생량이 증가하는 결과를 나타내었다. 결과적으로 gramile의 약 50일간의 방치는 미생물의 활성에 거의 영향울 미치지 않았음을 알 수 있었다.
- 다시 유입농도를 증가시켜 800 mg/L로 주입하자 약 80%까지 효율이 저하되었다가 90%이상까지 회복되었다. 그러나 운전 64일째 유입수 조성의 실수로 pH가 5.0인 유입수가 4일간 주입이 되면서 급격한 효율저하현상이 나타났다. 반응조의 MLSS도 짙은 검은 색의 granule이 갈색으로 퇴색되어 페놀의 독성영향을 알 수 있었으며 페놀의 활성 회복에는 약 40일 정도가 소요된 후에야 570 mg/L의 주입 농도에 대해 안정적인 95% 이상의 제거효율을 얻을 수 있었다.
- 0인 유입수가 4일간 주입이 되면서 급격한 효율저하현상이 나타났다. 반응조의 MLSS도 짙은 검은 색의 granule이 갈색으로 퇴색되어 페놀의 독성영향을 알 수 있었으며 페놀의 활성 회복에는 약 40일 정도가 소요된 후에야 570 mg/L의 주입 농도에 대해 안정적인 95% 이상의 제거효율을 얻을 수 있었다. 약 600 mg/L의 유입농도 하에서 페놀의 제거효율은 99% 이상으로 안정적인 제거효율을 나타내었으며 이때의 MLVSS농도는 20 g/L로 나타났다.
- 반응조의 MLSS도 짙은 검은 색의 granule이 갈색으로 퇴색되어 페놀의 독성영향을 알 수 있었으며 페놀의 활성 회복에는 약 40일 정도가 소요된 후에야 570 mg/L의 주입 농도에 대해 안정적인 95% 이상의 제거효율을 얻을 수 있었다. 약 600 mg/L의 유입농도 하에서 페놀의 제거효율은 99% 이상으로 안정적인 제거효율을 나타내었으며 이때의 MLVSS농도는 20 g/L로 나타났다. 미생물활성은 0.
- 이러한 결과를 토대로 benzoate가 중간대사산물로서 생성되며 이 단계가 페놀분해 경로의 율속단계로 보고되었다. 온도의 영향을 살펴보면 48 hrs에 걸쳐 온도를 37℃에서 20 ℃로 저 하시 켰을 때 gas 발생 량은 약 64% 감소하였고 gas 발생량의 회복은 5일 걸렸지만 전체적으로 미생물의 활성을 회복하는 데는 40여 일이 소요되어 phen이이외의 다른 기질을 이용한 실험에서 약 2일 후에 활성을 회복한 것과 비교하면 phenol을 처리하는 미생물이 온도에 상당히 민감하다는 것을 알 수 있다.
- 24 hrs로 운전하였다. 유기 물의 제거 효율은 약 90% 정도를 꾸준히 유지하였으며 페놀의 주입 농도의 증가에 따라 유입 SCOD의 농도도 증가하여 운전 135일째에는 4300 mg/L까지 증가하였으나 이미순응이 된 미생물에 의한 제거효율은 일정하게 90% 이상으로 유지되었다. 이때 미생물의 활성도는 0.
- d값으로 나타나서 페놀을 유일한 탄소원으로 주입한 경우에 비해 페놀의 제거농도도 증가하였으며 또한 단위 미생물당제거능도 증가함을 알 수 있었다. 이러한 결과를 토대로 phenol의 분해시 glucose를 공동기질로 주입하는 경우 페놀의 제거효율뿐 아니라 단위 미생물당 phenol분해능도 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.
- 12의 가스발생 경 향 및 축적 량을 통해 분해 특성을 알아보면 초기 가스발생 양상은 모두 비슷한 경향을 나타낸다. 즉 단위미생물당 단위시간당 가스발생량을 보면 초기의 정점을 시작으로 서서히 감소하는 경향을 보이 다가 60시간을 기점으로 다시 증가 또는 평 형하는 경향을 통해 미 생물이 glucose를 먼저 기질로 이용함을 알 수 있다..
- 메탄가스의 조성은 고부하 조건이나 pH 저하에 의한 영향을 거의 받지 않고 일정하게 65~70% 범위를 나타내었다. 충격부하이후 가스발생량이 서서히 증가함에 따라 미생물의 활성은 회복되었고 가스중 메탄의 함유율도 70%를 유지하였다. 약 3주간 안정적인 제거 효율을 나타내던 기간동안 가스발생 량은 0.
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