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문제 정의
- 본 연구에서는 순환여과식 양식시스템 내의 여과 공정의 효율을 향상시키기 위하여 기존의 연속역세여과장치와 본 연구에서 개량된 연속역세여과장치간의 처리효율을 비교하였고, 또한 개량된 연속역세여과장치의 유기물 및 고형성분의 제거효율을 검토하여 연속역세여 과장치의 최적처리공정과 운전조건을 도출하는 것을 목적으로 하였다.
- 개량역세여과장치는 기존에 이용되고 있는 DynaSand 여과장치를 유체역학 및 물리 . 화학적 게님을 응용한 장치로 개조하여 역세기능의 향상, 산소전날 능력의 향상, 여과 처 리수 인출부의 개량에 의한 처리구 탁도제거 기능향상 및 연속적인 수두손실 감지에 의해 폐수성상에 따른 여과장치운전의 자동화를 도모하는데 중점을 두었고, 또한 여과사의 표면을 특정물질로 코팅함으로 여과사 표면전하를 변화시켜 여과능력의 향상과 생불막 형싱력의 증대를 꾀하는데 실험의 목적을 두었다. 본 실험에서 사용한 여과장치의 크기는 전체 용적이 약 70 L이고 working volume은 35 L이었다.
제안 방법
- 개량형 여과장치가 갖는 기본적인 기능 충 고형물 제거는 여과사를 통해 여과되는 기작은 앞에서 설명한 기존의 여과장치와 같으나, 물리적인 추가 기亳 으로 hydrocy clone 원리를 응용한 장치를 여과사의 토출구에 장착하여 여과사와 결합되어 있는 고형물의 분리를 증진시키는 기능을 추가하였고, 여과장치의 상부(A)에는 침전조에 경사판을 부착하여 탈리된 고형물의 침전을 *도하는 기능을 추가하였다. 이러한 장치들의 추가는 역세수를 적게 유출시킬 수 있으며, 수두손실을 측정할 수 있는 기능을 추가하여 유입 고형물의 부하량을 점검할 수 있게끔 개량되었다.
- 개량형 여과장치를 이용하여 여과의 최종 공정으로 질소 및 인과 같은 영양염류도 효율적으로 제거하는지 실험하였다. 본 여과장치에서 제거할 수 있는 영양염류는 고형성분에 포함된 질소(유기성 질소) 및 인이다.
- 4 mg/L 로인의 성분 대부분이 용존성 물질로 존재하였다. 따라서 본 실험에서는 SRP를 제거하기 위하여 유입수가 유입되는 부분에 alum을 첨가하였다. 이때 주입한 alum의 양은 0.
- 연속 역세를 위한 공기주입장치는 1마력의 콤프레셔와 연결시켜 주입하였다. 또한 공기주입장치는 유량 조절이 가능하여 여재의 재생주기(turn over) 조정 이 용이하도록 하였다. 실험시 공기주입속도는 7.
- 역세된 배출수는 생물학적 처리공정으로 다시 반송하였다. 또한 미세입자의 제거를 증진시키기 위해 유입수의 유입시 alum을 0.3〜0.5 g/gTSS 로 첨가하여 운영하였으며, 분석을 위한 검수는 반응기로부터 직접 300 皿 유리병에 채취하여 냉장보관 후 분석하였다. 암모니아 농도는 네슬러법 (NHj-N Distillation Method 4500-N-C, HACH(USA) HP/8453 Spec- ■trophotometer)으로 분석하였고 일젱한 시간 간격으로 유입수 및 유출수의 COD, BOD, SS, TN, TP 및 SRP의 분석을 행하여 연속역세여과장치의 처리효율을 검토하였으며, 모든 수질분석은 Standard Methods (APHA, 1989)에 따랐다.
- 본 연구에서는 두 부분으로 나누어 실험을 수행하였는더】, 1차 실험에서는 기존의 연속역세여과장치 (기존형 여과장치)와 개량된 연속역세여과장치 (개량형 여과장치)간의 처리효율을 비교하였고, 2차 실험에서는 개량형 여과장치의 효율을 검토하였다. 1차 실험에 이용된 기존형 수처리의 기본 공정은 Fig.
- 양어용수 재순환을 위한 생물여과상의 처리효율을 향상시 키기 위하여 상향류식 연속역세여과창치 를 이용하여 다양한 조건하에서 실험하였는데, 기존의 인속역세 여과장치와 이를 개량한 연속역세여과장치를 가지고 실험하였다. 개량역세여과장치는 기존에 이용되고 있는 DynaSand 여과장치를 유체역학 및 물리 .
- (1994)은 1992년 미세 고형물 제거를 위해 포말분리기, 포기와 용존산소 공급을 위해 산기석을 충진한 하향류 접촉조, 이산화탄소를 제거하기 위하여 산기석 충전층 접촉기를 설치하고 순환여과식 양어장의 가장 큰 문제중의 하나인 고형물과 암모니아성 질소의 제거를 위한 여러 장치를 설치한 양식시스템을 개발하였다. 연구에 사용된 시스템은 고형물 제거를 위해 침전조, 스크린 여과기 (screen filter)와 입상매체여과기 (granular media filter)를 사용하였으며 암모니아를 제거하는 질산화 반응기로 회전식생물여과기 (rotating biological con tactor, RBC)와 충전층 반응기, 유동층 반응기를 사용하였다. Losordo et al.
- 재질은 아크릴 컬럼으로 여과를 위한 여재로는 완속여과에 이용되는 모래를 산세척 과정 없이 그대로 충진시켜 이용하였다. 연속 역세를 위한 공기주입장치는 1마력의 콤프레셔와 연결시켜 주입하였다. 또한 공기주입장치는 유량 조절이 가능하여 여재의 재생주기(turn over) 조정 이 용이하도록 하였다.
- 2 m3/day으로 조정하였다. 연속역세여과장치의 운영시 역시 유량은 역세 밸브를 조정하여 유량을 조정할 수 있게 제작하였으며, 본 실험시 역세 유량은 유입 유량의 10% 로 유지시켜 운영하였다. 역세된 배출수는 생물학적 처리공정으로 다시 반송하였다.
- 3과 같다. 유입 고형물의 부하량에 따른 역세 주기를 자동으로 바꿀 수 있도록 하거나 여과사내 수두손실 감지 장치를 설치하여 유입수 중의 고형물질이 많은 경우 여과사의 역세 주기를 짧게 유지하기 위하여 공기 주입량에 따른 여과사의 순환율을 살펴보았다. 공기 주입량이증가함에 따라 여재 순환율이 증가하는 것을 볼 수 있으며 공기 주입 량 5 L/min에서 여재 순환율은 5.
대상 데이터
- 본 실험에 이용된 시료는 2가지 종류号 서 시료 A는 어류의 사료를 증류수에 24시간 용해시켜 Whattman No. 1으로 여과시킨 후 증류수와 일정비율로 事합한 뒤 NH4CI을 주입하여 제조한 암모니아/유기물 혼하시료이고, 시료B는 실제로 어류를 사육하고 있는 양어장으로부터 채취한 배출수이다.
- 화학적 게님을 응용한 장치로 개조하여 역세기능의 향상, 산소전날 능력의 향상, 여과 처 리수 인출부의 개량에 의한 처리구 탁도제거 기능향상 및 연속적인 수두손실 감지에 의해 폐수성상에 따른 여과장치운전의 자동화를 도모하는데 중점을 두었고, 또한 여과사의 표면을 특정물질로 코팅함으로 여과사 표면전하를 변화시켜 여과능력의 향상과 생불막 형싱력의 증대를 꾀하는데 실험의 목적을 두었다. 본 실험에서 사용한 여과장치의 크기는 전체 용적이 약 70 L이고 working volume은 35 L이었다.
- 실험에서 사용한 여과장치의 크기는 전체 용적이 약 70 L이고 working volume은 전체 용적의 50%이었다. 주입한 공기의 양은 5 L/min로 운전하였으며, 유입유량은 3 L/min이었다.
- 주입한 공기의 양은 5 L/min로 운전하였으며, 유입유량은 3 L/min이었다. 재질은 아크릴 컬럼으로 여과를 위한 여재로는 완속여과에 이용되는 모래를 산세척 과정 없이 그대로 충진시켜 이용하였다. 연속 역세를 위한 공기주입장치는 1마력의 콤프레셔와 연결시켜 주입하였다.
이론/모형
- 5 g/gTSS 로 첨가하여 운영하였으며, 분석을 위한 검수는 반응기로부터 직접 300 皿 유리병에 채취하여 냉장보관 후 분석하였다. 암모니아 농도는 네슬러법 (NHj-N Distillation Method 4500-N-C, HACH(USA) HP/8453 Spec- ■trophotometer)으로 분석하였고 일젱한 시간 간격으로 유입수 및 유출수의 COD, BOD, SS, TN, TP 및 SRP의 분석을 행하여 연속역세여과장치의 처리효율을 검토하였으며, 모든 수질분석은 Standard Methods (APHA, 1989)에 따랐다.
성능/효과
- 8에 나타낸 바와 같다. 개량형 여과장치를 약 75일 정도 운영하면서 시스템이 안정됨에 따라 일정한 농도의 유출수를 얻을 수 있었다. 즉 유입수 11.
- 0 cm/min 이었다. 공기 주입 량과 여재의 순환율은 좋은 상관관계를 가지는 것으로 나타났으며 유입되는 고형물의 부하량에 안정적으로 여재를 순환시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- 개량형 여과장치에서 역세척시 높은 농도를 보이는 것은 역세수의 인출을 간헐적, 주기적으로 할 수 있기 때문이었다. 또한, 제거효율면에서도 복류수의 형대로 여과사의 충진부 상부에서 인출하기 때문에 더 효괴적이었다. 금번 실험에서 사용된 유입수는 고형물의 농도사 매우 낮기 때문에 제거효율에서 커다란 차이를 보이지 않았지만, 유입고형물 농도가 높을 경우 개량형 여과장치가 더 효과적일 것으로 생각된다.
- 여과장치의 운영이 약 130일 이상에서는 여과장치로 유입되는 시료의 고형물 농도가 안정됨에 따라 유출수의 수질도 매우 안정적이있다. 안정적으로 운영된 기간의 유입수내 고형물 농도는 펑균 4.1 mg/L이었고 유출수의 농도는 2.5 mg/L로 약 40%의 제거효율이 관찰되었다.
- 5와 같다. 약 200일 이상 운잉한 결과 운영초기 유입수의 고형물 농도가 일정하지 모하여 농도변화가 크게 관찰되었다. 여과장치의 운영이 약 130일 이상에서는 여과장치로 유입되는 시료의 고형물 농도가 안정됨에 따라 유출수의 수질도 매우 안정적이있다.
- 이번 연구에서 양어장사육용수 처리를 위해 조사된 개량형 상향류식 연속역세여과장치의 효율은 부유물 제거효율이 평균 71% 이었고, NHj-N, T-P 및 $RP의 제거효율은 84%, 85% 및 88%로 각각 나타나서 d 姦과가 인정되었다.
- 3 mg/L 로 유출되었다. 제거효율은 각각 85% 및 88%의 제거효율이 관찰되었다. 이는 응집제인 alum이 관형흐름에 첨가되어 응집물을 형성하여 여재 통과시 제거가 이루어진 것으로 판단된다.
- 2 mg/L였으며이때 사용된 역세수량은 개량형이 유입수의 10%, 기존형이 30%로 개량형 여과장치의 경우가 20%정도 적었다. 제거효율은 개량형 여과장치에서 70.1%인 반면 기존형 여과장치에서는 54.8%로 개량형이 다소 높게 나타났다. 개량형 여과장치에서 역세척시 높은 농도를 보이는 것은 역세수의 인출을 간헐적, 주기적으로 할 수 있기 때문이었다.
- 개량형 여과장치를 약 75일 정도 운영하면서 시스템이 안정됨에 따라 일정한 농도의 유출수를 얻을 수 있었다. 즉 유입수 11.8 mgNH4 -N/L가 1.9 mgNH4七N/L로 유출되어 암모니아 제거율은 84%로 나타났다. 이는 조 등(1993)의 실험 결과와 비교할 때 공법은 다르지만 비교적 유사한 수치를 보이고 있음을 알 수 있다.
- 1 mg/L로 매우 낮고 본 연구의 시료와 같이 미세 입자가 많이 존재한 경우를 고려할 때 매우 높은 제거효율로 판단된다. 특히 이번에 개량된 연속역세여과장치는 연속적으로 여재가 재생됨에 따라 여재의 교체가 필요없었으며, 또한 현장에서 공기 주입에 의한 연속역세가 가능함을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 이는 응집제인 alum이 관형흐름에 첨가되어 응집물을 형성하여 여재 통과시 제거가 이루어진 것으로 판단된다. 따라서 현장 plant에서 여과시 응집제 투여에 따라 인의 제거는 가능하며 효과적으로 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
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