[논문]고농도 대두가공폐수의 처리를 위한 개선 활성슬러지법

조권익; 이정수; 이태규; 김종화

고농도 대두가공폐수의 처리를 위한 개선 활성슬러지법
Soybean Wastewater Treatment by Activated Sludge Process 원문보기

한국농화학회지 = Journal of the Korean society of Agricultural Chemistry and Biotechnology, v.45 no.1, 2002년, pp.25 - 29

조권익 (우석대학교 식품공학과) , 이정수 (우석대학교 토목공학과) , 이태규 (우석대학교 식품공학과) , 김종화 (우석대학교 식품공학과)

초록
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활성슬러지에 의한 생물학적 폐수처리에 있어 주된 관리인자는 유기물의 효율적인 제거와 슬러지의 침강성을 일정치 이하로 유지하는 것이다. 식품폐수의 하나인 고농도의 대두가공폐수를 일반적인 활성슬러지법을 적용한 결과 최적 F/M비(food-to-microorganism ratio)는 0.24(kg-BOD/kg-MLVSS day)였으며 그 이상의 농도인 0.48(kg-BOD/kg-MLVSS day)에서는 슬러지 팽화현상이 발생하여 고농도의 식품폐수처리에는 효율적이지 못하였다. 이를 개선하기 위하여 응집보조제(NaOH)를 활용하여 유입폐수의 pH를 9.0으로 조절한 결과, 2.88(kg-BOD/kg-MLVSS day)의 고농도 폐수를 유입하여도 슬러지의 팽화현상없이 SVI(sludge volume index)를 150 이하로 유지하였다. 이것은 최대 허용부하를 일반적인 활성슬러지법에 비하여 7.2배 높일 수 있는 효율적인 방법으로 평가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The kernel of wastewater treatment by activated sludge is elimination of organic substances and maintenance of well-flocculated sludge sedimentation. By the conventional activated sludge treatment, the optimum F/M ratio of soybean wastewater treatment was 0.24 (kg-BOD/kg-MLVSS day) and sludge bulking was generated at 0.48 (kg-BOD/kg-MLVSS day). To improve the treatment capacity and operation quality in higher loading of soybean wastewater, influent pH was constantly controlled by 9.0 using NaOH as a coagulant agent. In this process, higher loading up to 2.88 (kg-BOD/kg-MLVSS day) was possible and SVI was maintained under 150 without bulking. This was equivalent to 7.2 times higher than maximum permissible load of the conventional activated sludge process.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

^1-4) 한편, Lee와 Kim⁵⁾은 응집제가 아닌 NaOH와 같은 응집보조제를 가하여 부하를 재래식 활성슬러지법의 최대 허용부하의 4배까지 증가시켜 운전할 경우에도 SVKsludge volume index)는 100이하로 유지되었음을 밝힌 바 있다. 따라서, 본 연구는 재래식 활성슬러지를 이용하여 대두가공폐수의 처리특성을 분석하고 아울러 가장 효율적인 운전조건 및 처리 가능성을 파악하였다.
하지만 상기 인자 중 슬러지의 침강성은 부유미생물을 이용하는 활성슬러지법의 설계시 핵심인자로 취급된다. 본 실험은 고농도로 배출되는 대두가공폐수의 효율적 처리방법을 도출하기 위한 것으로, 대상폐수의 경우 일반 가정하수와 달리 질소와 인의 농도가 낮고 유기물의 농도가 상대적으로 높다. 이러한 고농도의 폐수를 활성슬러지법으로 처리할 경우, 슬러지의 팽화(sludge bulking)가 발생하는 것으로 알려져 있다.
본 연구에서는 상기의 결과를 근거로 대두폐수에 응집보조제로 NaOH를 혼입하여 pH를 조절함으로써 고농도인 대두폐수를 희석 없이 처리할 수 있는지, 그 가능성을 실험하였다. Fig.

제안 방법

2×COD에 해당되었다. 본 폐수의 성상이 크게 변화될 가능성이 없고, 단일 폐수의 처리 경향에는 큰 영향을 미치지 않을 것으로 사료되었기 때문에 비교적 측정이 용이한 상기 방법을 사용하였다. 실험으 2단계로 구분하였는데 1단계 실험에서는 부하변화에 따른 대두가공 폐수의 처리특성을 파악하였으며, 2단계 실험에서는 응집보조제인 NaOH를 이용하여 pH를 9정도로 조절한 후, 부하 증가에 따른 처리특성를 관찰하였다.
본 폐수의 성상이 크게 변화될 가능성이 없고, 단일 폐수의 처리 경향에는 큰 영향을 미치지 않을 것으로 사료되었기 때문에 비교적 측정이 용이한 상기 방법을 사용하였다. 실험으 2단계로 구분하였는데 1단계 실험에서는 부하변화에 따른 대두가공 폐수의 처리특성을 파악하였으며, 2단계 실험에서는 응집보조제인 NaOH를 이용하여 pH를 9정도로 조절한 후, 부하 증가에 따른 처리특성를 관찰하였다. 실험의 주 변화인자는 유입수 농도였으며, 그 외에 일반적인 실험조건은 수리학적 체류시간(HRT = hydraulic retention time) 6 hr, 폐수 주입량 0.
실험으 2단계로 구분하였는데 1단계 실험에서는 부하변화에 따른 대두가공 폐수의 처리특성을 파악하였으며, 2단계 실험에서는 응집보조제인 NaOH를 이용하여 pH를 9정도로 조절한 후, 부하 증가에 따른 처리특성를 관찰하였다. 실험의 주 변화인자는 유입수 농도였으며, 그 외에 일반적인 실험조건은 수리학적 체류시간(HRT = hydraulic retention time) 6 hr, 폐수 주입량 0.0694 l/min, 반응온도 28±0.2℃, 반응조 내의 DO농도는 공기의 주입량을 조절하여 2±0.5mg/l, 반응조 내 미생물의 농도(MWSS = mixed liquor volatile suspended solid)는 매일 분석하여 약 2500mg/l로 일정하게 유지하였다. 측정항목은 유출수의 S-COD, SVI, SS였으며, 유출수의 S-BOD₅는 S-COD를 환산하였다.
폐수를 이용하였다(Table 1). 이 폐수는 대두를 삶고 난후 배출되는 것으로 평균 BOD₅는 약 400Mng/l이고, BOD₅: N:P가 100:5:1의 비율이 되도록 질소원으로 Urea{(NH₂)₂CO}를 450 mg/l, 인을 보충하기 위해 Na₂HPO₄·12H₂O를 470mg/l 첨가하였으며, 이 폐수는 반응기 주입 시 각 조건마다 지하수를 이용하여 희석하였다.
조건변화에 따른 반응기내의 총고형물은 105℃ 상압가열 건조법⁶⁾을 사용하였고, suspended solid(SS)는 유리섬유 여지법을 사용하였으며 Glass Microfibre Filter(Whatman, GF/C 47 mm)의 질량을 수분분석기(HR73, Mettler Toledo, Switzerland)로 측정한 다음 시료를 여과하여, 여지의 질량을 수분분석기로 측정하였다. 여과 전후 여지의 무게 차를 SS의 양으로 하였다.
5mg/l, 반응조 내 미생물의 농도(MWSS = mixed liquor volatile suspended solid)는 매일 분석하여 약 2500mg/l로 일정하게 유지하였다. 측정항목은 유출수의 S-COD, SVI, SS였으며, 유출수의 S-BOD₅는 S-COD를 환산하였다. 이때 BOD₅/COD는 약 0.

대상 데이터

실험시료

실험대상 폐수는 D-식품회사의 대두가공공정 에서발생된 폐수를 이용하였다(Table 1). 이 폐수는 대두를 삶고 난후 배출되는 것으로 평균 BOD₅는 약 400Mng/l이고, BOD₅: N:P가 100:5:1의 비율이 되도록 질소원으로 Urea{(NH₂)₂CO}를 450 mg/l, 인을 보충하기 위해 Na₂HPO₄·12H₂O를 470mg/l 첨가하였으며, 이 폐수는 반응기 주입 시 각 조건마다 지하수를 이용하여 희석하였다.
5였다. 실험에 사용된 미생물은 도시(I시) 하수처리장의 반송슬러지를 순양하여 이용하였다. 실험전 슬러지의 순양은 10일 이상 실시하여 유출수의 S-COD, SS 및 pH가 안정될 때까지 충분히 실시하였으며, 실험 조건의 변화는 사전 실험 결과를 토대로 약 4~6일 간격을 유지하였으며, 이 기간 내에 유출수의 수질과 pH 및 SVI는 안정되었다.
실험에 사용한 장치는 완전혼합 연속포기식 반응기로 아크릴을 이용하여 제작하였다. 반응기의 생물반응조 용적은 각각 25l, 침전지 용적은 22.

이론/모형

여과 전후 여지의 무게 차를 SS의 양으로 하였다. 화학적 산소요구량(COD) 측정은 KMnO₄법⁶⁾으로 정량분석하였으며 결과치를 BODS 환산하였다. 여러 가지 농도로 측정한 결과 BOD는 0.

성능/효과

하지만 5,000 mg/l 이상에서 경제성이 크게 떨어지는 것으로 알려져 있고, 일반적으로 5,000 mg/l 이상을 초과하지는 읺는다.²²⁾ 따라서 최대 5000 mg/l를 적용할 경우, 유입수농도는 4000 BOD₅-mg/l 정도까지 적용 가능하므로, 본 대두폐수를 희석없이 처리하더라도 처리장의 슬러지는 운전가능한 범위인 150을 유지할 수 있을 것으로 판단된다.
20kg-BOD/kg-MLVSS·day까지 증가시키는 동안, 즉 MEVSS; 2500 mg/l의 조건에서 유입수농도로 200에서 2000 BOD₅-mg/l까지 증가시키는 동안, SVI값은 서서히 증가하여 최대 156을 보였다. 따라서 NaOH를 혼입할 경우 SVI를 기준으로 최대운전 가능 범위는 3.20kg-BOD/kg-MEVSS·day 정도인 것으로 나타났다. 한편 F/M비는 식 (3)과 같이 Si 및 MLVSS의 함수인데, MEVSS를 상승시킬 경우 보다 높은 농도의 폐수를 적용시킬 수 있을 것으로 판단된다.
실험에 사용된 미생물은 도시(I시) 하수처리장의 반송슬러지를 순양하여 이용하였다. 실험전 슬러지의 순양은 10일 이상 실시하여 유출수의 S-COD, SS 및 pH가 안정될 때까지 충분히 실시하였으며, 실험 조건의 변화는 사전 실험 결과를 토대로 약 4~6일 간격을 유지하였으며, 이 기간 내에 유출수의 수질과 pH 및 SVI는 안정되었다.
24 kg-BOD/kg-MLVSS·day에서 최소의 SVI를 보였다. 이상과 같이 재래식 활성슬러지법으로 대두가공 폐수를 처리할 경우 최적의 F/M비는 0.24 kg-BOD/kg-MiySS·day이며, 운전가능 SVI를 150으로 가정할 경우 대두가공 폐수의 처리유효 범위는 최대 0.48 kg-BOD/kg-MEVSS·day이며 유입수의 BOD5 농도로는 300 mg/l인 것으로 나타났다. 따라서 별도의 대책이 없는 한 유입수의 BOD_{이상의 실험결과에 의하면 보조응집제(NaOH)를 첨가한 재래식 활성슬러지법으로 대두가공폐수를 처리할 경우 그 유입부하를 최대허용부하의 7.2배까지 상승시켜 운전할 수 있었다. 이는 고부하에서 슬러지 팽화를 억제함과 동시에 슬러지 침강성이 개선된 것으로 보이며 이미 언급한 바와 같이 별도의 SS제거시설을 갖춘다면 응집보조제 첨가 활성슬러지법은 공장규모에 적용할 경우 고농도의 폐수에 대한 운전성을 크게 개선시킬수 있을 것으로 판단된다.}

이와 같은 현상은 일정 HRT에서 유입수의 농도가 상승할 경우 기질제거 중간과정에서 생성되는 이분해성 유기산의 농도가 상승하고 이들 유기산이 미생물에게 독성으로 작용하며, 결과 일종의 방어기작으로 미생물의 점액물질인 polymer의 생산을 자극하기 때문인 것으로 추정된다. 즉 유출수의 SS는 점액물질의 양에 반비례하고 이에 따라 부하증가에 따라 SS는 감소하는 경향을 보였다.

5 mg/l, SS는 최대 80 mg/l로 나타났다. 지역에 따라 그 기준이 다르지만 공업지역의 방류수 기준은 일반적으로 TS(S-BOD + SS) 규제 기준이 100정도이므로, 상기의 결과로 미루어 볼 때, 최대의 부하에서도 운전 가능한 것으로 판단되었다. 다만 지역에 따라서 환경부 방류수 수질 기준이 다르므로 이러한 기준이 만족되지 않을 경우, 모래여과지 등을 추가하여 처리할 경우 환경기준을 만족시킬 수 있을 것으로 사료된다.

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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