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문제 정의
- 본 연구에서는 ORP와 pH 측정을 통해 간헐 폭기공정에서 질소 및 인의 거동을 예측하여 이를 공정제어변수로 이용할 수 있는지를 판단하기 위해 간헐폭기조에서의 연속으로 자동측정된 ORP 와 pH를 간헐폭기조내의 질소 및 인 농도와 비교하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 간헐폭기 시스템에서의 질소 , 인 농도 변화와 ORP, pH값과의 상관관계를 밝혀공정 평가 및 제어인자로서외 ORP 및 pH의 적합성 여부를 판단하고 ORP와 pH감시의 각각의 장단점을 검토하였다.
제안 방법
- 간헐폭기조내의 온도, DO, ORP 및 pH의 변화를 자동으로 측정하기 위하여 간헐폭기조에 센서를 설치하고 각각의 트랜스미터로 연결하였다. 온도와 DO측정에는 WTW사의 Oxi 171기종을 ORP와 pH의 측정에는 METTLER TOLEDO pH 2100 기종올 사용하였다.
- 인 방출을 위하여 간헐폭기조앞에 혐기조를 설치하였으며 HRT는 2시간으로 운전되었다. 간헐폭기조는 HRT가 6시간이었으며, 완전한 질산화와 탈질올 유도하기 위해 4시간은폭기, 2시간은 비폭기단계로 운전하였다. 침전을위해서 HRT가 4.
- 공정이 제대로 운영되고 있는지를 판단하기 위하여 유입수 및 유출수의 BOD5, CODc” TN, NHT-N, NO「N, TP, PO±P, SS, VSS, 그리고 알칼리도를 주기적으로 측정하였으며 각 반응조의 DO, pH, MLS, MLVSS 및 온도를 수시로 측정하였다. 간헐폭기 반웅조내의 ORP, pH변화에 따른질소 .
- 온도와 DO측정에는 WTW사의 Oxi 171기종을 ORP와 pH의 측정에는 METTLER TOLEDO pH 2100 기종올 사용하였다. ORP 및 pH전극은 주 1회정도 세척하였으며 문제가 있을 때는 교체하였다.
- 하루 처리 유량온 200L로 유입농도의 10배로 농축된 합성폐수와 수돗물이 1:9의 비율로 유입되도록 하였다. 인 방출을 위하여 간헐폭기조앞에 혐기조를 설치하였으며 HRT는 2시간으로 운전되었다. 간헐폭기조는 HRT가 6시간이었으며, 완전한 질산화와 탈질올 유도하기 위해 4시간은폭기, 2시간은 비폭기단계로 운전하였다.
- 간헐폭기 반웅조내의 ORP, pH변화에 따른질소 . 인의 거동을 파악하기 위해 간헐폭기조 1 cyde(6 시간)동안의 NH」-N, NO「N, NOf-N, 륽 일정시간 간격으로 측정하였다. 분석은공정시험법과 Standard Methods에 따라 실시하였다」3)
- 간헐폭기조는 HRT가 6시간이었으며, 완전한 질산화와 탈질올 유도하기 위해 4시간은폭기, 2시간은 비폭기단계로 운전하였다. 침전을위해서 HRT가 4.2시간의 침전조를 설치하였다. 또한 고형물 체류시간은 10일, 슬러지 반송율은 40%로 유지하였고, MI痉는 3000mg/L 에서 4000mg/L 정도로 유지하였다.
- ORP 및 pH전극은 주 1회정도 세척하였으며 문제가 있을 때는 교체하였다. 트랜스미터에서 읽은 신호(4-20mA)률 National Instrument 사의 Shielded I/O Connector Block(SCB-68)에서 250Q의 저항을 걸어 줌으로써 1-5V 의 신호로 변환하여 Data acqusition board(AT-MIO-16X)를 통해 컴퓨터로 읽고 저장하였다. 소프트웨어는 Labview 5.
- 유입하수는 합성폐수를 사용하였으며 조성은 Table 1에 나타내었다. 하루 처리 유량온 200L로 유입농도의 10배로 농축된 합성폐수와 수돗물이 1:9의 비율로 유입되도록 하였다. 인 방출을 위하여 간헐폭기조앞에 혐기조를 설치하였으며 HRT는 2시간으로 운전되었다.
- 혐기-간헐폭기 공정을 모형실험장치로 구성하여 90일간 운영하였다. 모형실험장치는 아크릴로 제작하여 Fig.
- 혐기-간헐폭기 공정이 유기물, 질소, 그리고 인을 안정적으로 처리하는가를 판단하기 위하여 주기적으로 유출수의 유기물과 질소, 인의 농도를 측정하였다.
대상 데이터
- 운영하였다. 모형실험장치는 아크릴로 제작하여 Fig. 1과 같이 구성하였다. 유입하수는 합성폐수를 사용하였으며 조성은 Table 1에 나타내었다.
- 또한 고형물 체류시간은 10일, 슬러지 반송율은 40%로 유지하였고, MI痉는 3000mg/L 에서 4000mg/L 정도로 유지하였다. 슬러지는 경기도 Y하수처리장의 폭기조로 부터 식종하였으며, 폐슬러지는 간헐폭기조에서 배출하였다.
이론/모형
- 인의 거동을 파악하기 위해 간헐폭기조 1 cyde(6 시간)동안의 NH」-N, NO「N, NOf-N, 륽 일정시간 간격으로 측정하였다. 분석은공정시험법과 Standard Methods에 따라 실시하였다」3)
성능/효과
- 1 간헐폭기조의 ORP률 연속적으로 자동 측정한 결과 한 cycle 동안의 ORP 곡선에서 세 개의 bending-point가 나타났다. 질산화가 완료되어 암모니아성 질소의 농도가 크게 감소하는 지점에서 ammonnia breakpoint?)- 나타났으며, 호기상태에서 무산소 상태로 전환되는 점에서 DO breakpoint가 나타냈다.
- 3. ORP 곡선이 질산화와 탈질의 경향만 예측할수 있었던 반면, pH 곡선울 통해서는 인 섭취와 용출의 경향까지도 예측이 가능하여 pH 곡선이더 우수한 제어변수인 것으로 판명되었다. 그러나 pH 곡선의 경우 변화범위가 적고 noise가 많아 정확한 peak point률 발견하기 위해서는 곡선의 필터링이 요구되었고 이산화 탄소 탈기나 인섭취의 영향에 따라 ammonia valley가 명확히 나타나지 않기도 하였다.
- 4. ORP와 pH 곡선은 폭기정도나 오염물 부하에 따라 bending-point나 peak point가 나타나지 않는 경우도 있었다. 특히 무산소 단계가 길어져 암모니아성 질소가 축적되면 폭기 단계에서 질산화가 완결되지 않아 ammonia breakpoint 나 ammonia valley가 나타나지 않았다.
- 5. ORP와 pH 곡선 모두 운전시작 후 10일(SRT) 이 지난 후에는 일정한 경향을 나타내었다. ORP 곡선온 DO 농도나 반웅조 상태에 따라 큰 변화를 보인 반면, pH 곡선은 변화폭이 적고 안정적이었다.
- pH 곡선의 경우 세 개의 peak point가 나타났다. ORP 곡선에서 ammonia breakpoint가 나타난 점에서 ammonia valley가 nitrate knee가 나타난 점에서 nitrate apex가 발견되어 질산화와 탈질의 진행을 예측할 수 있었으며, 인 섭취가 완료되는 점에서 aerobic pH apex가 나타나 인 제거의 경향도 예측이 가능했다.
- ORP와 pH 곡선 모두 운전시작 후 10일(SRT) 이 지난 후에는 일정한 경향을 나타내었다. ORP 곡선온 DO 농도나 반웅조 상태에 따라 큰 변화를 보인 반면, pH 곡선은 변화폭이 적고 안정적이었다.
- 그러므로 간헐폭기조의 ORP값의 변화를 분석함으로써 질산화와 탈질반웅의 경과를 짐작할 수 있었다.
- 15와 16은 반응조 운영후 한달간의 ORP와 pH 곡선을 기록한 것이다. 두 그래프 모두에서 운전 시작후 약 10일(SRT) 경을 지나면서 그래프 경향이 일정하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. pH 곡선의 경우 운전 10일 이후에는 거의 비슷한 형태와 비숫한 수치를 나타내었으나 ORP값의 경우 반응조 상태에 따라 값의 범위가 달라짐을 알수 있었다.
- 마지막으로 세 번째 nitrate knee는 탈질이 완료되고 이후부터는 인 용출이 일어나는 점으로 사실 상의혐기 단계의 시작점임을 알 수 있었다.
- 배출되는 것으로 측정되었다. 유입 합성폐수의 CODcre 400mg/L, 유출수의 #은 평균 191mg/L로, 평균 95.2%정도의 제거율을 보여 유기물이 양호하게 처리됨을 알 수 있었다. 실험기간 동안의 유입 - 유출수의 COD 농도 및 제거율은 Fig.
- 유출수의 유기물은 공정 운영후 6일 이후부터 안정적으로 배출되는 것으로 측정되었다. 유입 합성폐수의 CODcre 400mg/L, 유출수의 #은 평균 191mg/L로, 평균 95.
- 유출수의 총질소는 공정 운영후 6일 이후부터 안정적으로 배출되는 것으로 측정되었다. 실험기간 동안의 유입합성 폐수의 총질소농도는 40mg/L 유출수의 평균 총질소농도는 10.
- 이상 ORP곡선의 세 개의 bending point가 나타나는데, 첫 번째 bending point는 ammonia breakpoint로 질산화가 완료되었음을 나타내며, 두 번째는 DO breakpoint로 이점부터 호기단계가 끝나고 무산소 단계가 시작됨을 알 수 있다. 마지막으로 세 번째 nitrate knee는 탈질이 완료되고 이후부터는 인 용출이 일어나는 점으로 사실 상의혐기 단계의 시작점임을 알 수 있었다.
- 이상의 결론을 통해 ORP와 pH 두 변수는 각기 장단점을 갖고 있으며, 이를 적절히 적용하면 효율적인 제어가 가능하다고 판명되었다.
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