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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 하수처리장에서 발생되는 일차슬러지를 산발효시키므로서 얻어진 TVFAs를 생물학적 질소 및 인제거공정에서 외부 탄소 원으로 이용하는 연구를 수행하였다. 이를 위해 유기산 발효 과정에서 일차슬러지와 반송슬러지의 혼합비 및 온도 변화에 따른 유기산 생성을 분석하였다.
제안 방법
-
3. Variations of VFAs concentration with mixed ratio of primary sludge and return sludge fermented at 20 ℃
2CTC의 온도조건에서 일차슬러지를 대상으로 유기산 발효 실험에서는 이전에 수행된 실험과는 달리 무산소조건이 유지되도록 운전하였다
. 이 실험에 적용된 일차슬러지의 VFAs 농도는 761mg/l이었으며 TCOD, TN 및 TP의 농도는 각각 l, 953mg/l, 173. - 2와 같이 실험기간동안 혐기조건이 유지되도록 발효조내에 공기가 유입되지 않도록 완전히 밀폐시켰으며 온도는 외부항온조를 이용하여 물을 순환시키면서 유지하였고 항온조내의 온도를 원활히 유지시키기 위하여 혼합시켜 주었다. 각 반응조의 용량은 0.5L이었고 대상시료인 일차슬러지는경기도 A하수처리장 일차침전조 호퍼에 있는 펌프를 이용하여 채취하였고 반송슬러지 역시 A하수처리장반송라인에서 직접 채취해서 운반 즉시 실험을 수행하였다. 일차슬러지와 반송슬러지의 혼합비에 따른 VFAs 발생량 실험에서는 각 반응조의 번호에 따라 일차슬러지와 반송슬러지의 주입량은 각각 No.
- 온도변화에 따른 유기산 생성량 실험에서는 각 반응조의 번호에 따라 발효조의 온도를 No.l 20℃, No.2 30℃ 및 No.3 40℃±2 내외로 유지하면서 수행하였다. 본 실험에서 사용된 일차슬러지의 초기 TN 농도는 317.
- 외부 탄소원 공급을 위한 일차슬러지와 반송슬러지의 혼합비 및 온도변화에 따른 유기산 발효에서 VFAs 발생량을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 연구를 수행하였다. 이를 위해 유기산 발효 과정에서 일차슬러지와 반송슬러지의 혼합비 및 온도 변화에 따른 유기산 생성을 분석하였다.
대상 데이터
- 3 40℃±2 내외로 유지하면서 수행하였다. 본 실험에서 사용된 일차슬러지의 초기 TN 농도는 317.1mg/l, TP 농도는 10.8mg/l 및 VFAs 농도는 l, 460mg/l 이었다. 본 실험조건에서는 모든 발효조에서 운전시간이 경과함에 따라 유기산의 농도는 증가되는 경향으로 나타났으며 반응조의 운전 온도조건에 따라 약간의 차이가 있는 것으로 나타났다.
이론/모형
- 본 실험에 사용된 발효조의 운전조건은 Table 1과 같다. 이와같이 운전된 유기산 발효조의 발효시간에 따른 TSS, TN, TP, VFAs 등을 분석하였으며 분석방법은 환경오염 공정시험법과 Standard Method°11 따라 실시하였다07)
성능/효과
- 1) 일차슬러지와 반송슬러지의 혼합비에 따라 운전한 결과 일차슬러지의 비가 높을수록 VFAs의 농도는 증가되는 것으로 나타났다. 그리고 발효기간이 48시간 경과된 후 유기산 발생량은 반응조의 No.
- 1. 일차슬러지와 반송슬러지의 혼합비에 따른 유기산 생성 혐기성 소화공정에서 유기산 생성과정은 고형물이 용존성 분자로 가용화되는 과정과 이들 용존성 중간 생성물이 산생성 미생물에 의해 산 발효되는 과정으로 이루어진다. 혐기성 소화의 산 생성과정에서 속도제한 단계는 용존성 물질의 발효가 아니라 입자상 물질의 가수분해이므로 발효조건들보다 입자상물질의 가수분해 조건을 최적화시키는 것이 필요하다고 하였다3 유기산 생성을 위하여 대부분 입자상 유기물질로 구성된 생물학적 하수처리공정에서 발생 뇐 일차슬러지를 대상시료로 사용하였으므로 역시가 수분해가 유기산 생성속도의 제한 단계일 것으로 사료된다.
- 2) 유기산 발효조의 온도를 20℃, 30℃, 40℃로 운전한 결과 발효온도가 높을수록 VFAs의 농도는 증가되는 것으로 나타났다. 반면어】, TSS 농도는 감소하는 것으로 나타났다.
- 3) 질소 및 인의 발생량은 VFAs의 발생량보다 매우 적으므로 생물학적 탈질공정에서 발효액의 투여는 질소 및 인 부하량 증가에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 사료된다.
- 증가되는 것으로 나타났다. 그리고 발효기간이 48시간 경과된 후 유기산 발생량은 반응조의 No.l, No.2, No.3 및 No.4에서 각각 829.6mg/l, 944.2mg/l, 597.9mg/l 및 44L6mg/l이 증가되는 것으로 나타났다.
- 28gVFAs/gVSS라고 보고되었다」。)따라서 국내하수처리장에 발효조를 사용할 경우 겨울과 같은 계절적 요인에 의해 온도저하로 유기산 생성 억제가 예상되므로 이에 대한 대책이 요구된다. 발효조에서 유기물 발효에 의한 VFAs 생성과 동시에 질소도 생성되므로 인해 슬러지 발효로 생성된 VFAs가 생물학적 탈질공정에서 전자공여체로 공급될 때 질소도 공급될 수 있는 것으로 나타났다. 슬러지 발효 공정에서 질소의 생성량은 생성된 TFAs 생성량보다 적으므로탈질공정에서 슬러지 발효는 질소부하량 증가에 큰영향을 미치지 않을 것으로 사료된다.
- 이는 온도변화에 따른 질소의 생성량은 약간 증가되는 경향을 보이고 있는데 비해 인의 생성량은 그 변화폭이 매우 미비하였다. 본 실험조건에서 VFAs의 농도는 운전시간이 24 시간 경과된 후 반응조의 온도가 증가됨에 따라 각각 l, 687mg/l. l, 758mg/l, 2.
- 5mg/l로 나타났다. 본 실험조건에서 유기산 발생량이 가장 높은 반응玉의 번호는 No.l, No.2, No.3 및 No.4이므로 일차슬러 지를 대상으로 한 반응조가 가장 높게 나타난 반면 일차슬러지와 반송슬러지의 비를 200 : 200으로 운전한 반응조에서 가장 낮게 나타났다. 이 는 일차슬러 지 의 비 율이 높을수록 유기산 발생량이 높다는 것을 알수 있었다.
- 8mg/l 및 VFAs 농도는 l, 460mg/l 이었다. 본 실험조건에서는 모든 발효조에서 운전시간이 경과함에 따라 유기산의 농도는 증가되는 경향으로 나타났으며 반응조의 운전 온도조건에 따라 약간의 차이가 있는 것으로 나타났다. Table 2는 슬러지 발효공정에서 온도에 따른 TN, TP 및 VFAs의 농도변화를 나타낸 것이다.
- 3은 일차슬러지와 반송슬러지의 혼합비에 따른 VFAs의 농도변화를 나타낸 것이다. 실험초기 VFAs의 농도는 No.l, No.2, No.3, No.4에서 각각 611.4mg/l, 515.3mg/l, 541.5mg/l, 340.6mg/l로 나타났으나 발효시간이 경과됨에 따라 모든 발효조에서 VFAs 농도는 실험 5일경까지 증가되는 것으로 나타났다. 운전시 간이 1 일 경과후 VFAs 농도는 발효조 번호에 따라 각각 1004.
- 유지되도록 운전하였다. 이 실험에 적용된 일차슬러지의 VFAs 농도는 761mg/l이었으며 TCOD, TN 및 TP의 농도는 각각 l, 953mg/l, 173.6mg/l, ll.lmg/1 이므로 초기 VFAs/TCOD, VFAs/TN, VFAs/TP 비는 각각 0.39, 4.38, 68.55이었다. 이후 운전기간이 24시간이 경과된후 VFAs/TCOD, VFAs/TN, VFAs/TP 비는 0.
- Table 2는 슬러지 발효공정에서 온도에 따른 TN, TP 및 VFAs의 농도변화를 나타낸 것이다. 일차슬러지의 TN 농도는 운전시간이 24시간 경과된 후반응조의 온도가 증가됨에 따라 각각 21.6mg/l, 24.8 mg/1, 18.3mg/l로 나타났고 48시간의 운전시간이 경과된 후에도 역시 온도가 증가됨에 따라 각각 20.4mg/l, 19.4mg/l, 31.0mg/L로 나타났다. 그리고 TP 농도는 운전시간이 24시간 경과된 후 반응조의 온도가 증가됨에 따라 각각 14.
후속연구
- 4) 일차슬러지를 발효시켜 생성되는 유기산을 생물학적 영양염류 제거공정의 부족한 탄소원을 보충하기 위한 외부 탄소원으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 혐기성 소화과정의 산생성단계에서 생성되는 용존성 유기탄소는 생물학적으로 쉽게 분해 가능한 물질로 생물학적 질소 및 인제거공정에서 요구되는 외부탄소원으로 활용할 수 있어 유입수의 유기물질 농도가 叫 생물을 이용한 질소 및 인 제거에 충분하지 못한 경우 TVFAs 생성을 위한 발효공정이 유기물 보충방안으로 연구되고 있다. 이는 최근 많이 도입되고 있는 생물학적 고도처리공정인 BNR (Biological Nutrient Removal)공정에서 유용하게 활용될 수 있으리라 사료된다.以 생물학적 질소 제거공정에서 부족한 탄소원을 대체하고자 대부분 일차슬러지 발효공정을 도입하여 생성된 유기물질을 이용하는 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 중이다.
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