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문제 정의
- 이 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 2차 침전조의슬러지를 무산소조로 전량 반송하여 미생물의 농도를 고농도 유지시킴으로써 탈질의 효과를 향상시키고, 간헐적으로 무산 소조에서 기존 1차침전조(개량된 혐기조)에 미생물을 이송시킴으로써 기존 하수 처리장에서 영양소 제거효율을 높이고, 폐슬러지 생산량을 최소화하는 공정을 개발하기 위한 기초자료를 얻고자 한다.
제안 방법
- Mode Ⅱ의 경우 본 공정으로 유입 및 유출되는 평균 인의 양과 폐슬러지로 제거되는 인의 양을 이용하여 인의 물질 수지를 구하여 보았다. 유입되는 총인의 양을 100%, 처리 수로 유출되는 인의 양을 26%로 볼 때 나머지 74%는슬러지내에 포함되어 폐슬러지로 제거되는 양으로 볼 수 있다.
- Table 1은 Mode별 운전조건을 나타낸 것으로 무산소 조의 침전된 고형물농도(TS) 1.0~1.5%에서 슬러지반송율 50%, 내부반송율 100%, 200%, 300%을 기준으로 하여 Mode I, Ⅱ, Ⅲ로 각각 구분하였으며, 고형물농도 1.5-2.0%에서 슬러지반송율 50%, 내부반송율 100%을 Mode IV로 구분하였다. 운전기간동안 포기조의 DO는 질산화를 위해 2mg/L 이상으로 유지하였고, 평균 BOD 용적 부하는 0.
- 무산소조의 고형물의 농도와 슬러지반송의 변화에 따른 처리 효과를 알기 위해 운전조건을 4개의 Mode로 나누어서 운전하였다. Table 1은 Mode별 운전조건을 나타낸 것으로 무산소 조의 침전된 고형물농도(TS) 1.
- 본 공정의 개발 목적 중 하나가 폐슬러지의 감량 화인데이를 위해 슬러지를 2차침전조에서 폐기하지 않고 무산소 조로 이송하고, 무산소조의 농축된 슬러지를 다시 1차 침전조로 이송하여 최종적으로 1차침전조에서 폐기시켰다. Table 5는 Mode 별 SRT와 슬러지생산량의 결과인데 고형물 함량을 높게 유지하기 위해 SRT를 약 17일 정도로 길게 운전한 결과 슬러지 생산량은 1kg BOD제거당 평균 0.
- Table 4와 같이 산정하였다. 생물학적 반응에 의해 질소가스로 전환되어 대기 중으로 방출되는 질소량은 유입 질소량에서 유출되는 질소량과 세포합성에 의해 제거되는 질소량의 차이로 계산하였다
- 04 kgBOD/kgMLVSS/d로 유지되었고 반웅조 온도는 18-211 로 운전하였다. 수질분석은 Standard Method과 공정시험법%게 준하여 실시하였고, 반응조가 정상상태일 때 3일 이상 연속 분석하는 것을 원칙으로 하였다.
- 0%에서 슬러지반송율 50%, 내부반송율 100%을 Mode IV로 구분하였다. 운전기간동안 포기조의 DO는 질산화를 위해 2mg/L 이상으로 유지하였고, 평균 BOD 용적 부하는 0.48kg BOD/m3/d 정도로 운전하였고, F/M 비는 평균 0.04 kgBOD/kgMLVSS/d로 유지되었고 반웅조 온도는 18-211 로 운전하였다. 수질분석은 Standard Method과 공정시험법%게 준하여 실시하였고, 반응조가 정상상태일 때 3일 이상 연속 분석하는 것을 원칙으로 하였다.
- 아크릴이다. 유입과 반송은 미세유량조절 펌프를 사용하였고, 전체공정은 자연 유하하도록 설치하였다 유입 유량은 18g/d 이며, 제작된 반응기는 1차침전조(혐기조), 무산 소조, 포기조, 2차침전조로 구성되어 있으며 각 단위공정의 용적은 각각 1.5/, 1.5/, 4.5/, 2.1이고, 수리 학적 체류 시간은 각각 2시간, 2시간, 6시간, 3.6시간으로 설계하였다. 침전조는 부유물질의 유출을 막기 위해 방해판 (Baffle)이 설치되어 있으며 하부는 슬러지를 효과적으로 모으기 위해 원뿔 모양으로 제작하였고 모터로 작동되는스크래퍼를 설치하였다.
- 무산소 조로 이송된 슬러지는 침전성이 양호하며 침전된 상태에서 혼합되었으며 상징액은 분리되어 포기조로 유입되었다. 침전된 슬러지의 농도를 일정하게 유지하기 위해 간헐적으로 1차침전조로 슬러지를 반송시켰으며 1차침전조에서 슬러지를 폐기하도록 하였다. 반웅조의 모식도는 Fig.
- 침전조는 부유물질의 유출을 막기 위해 방해판 (Baffle)이 설치되어 있으며 하부는 슬러지를 효과적으로 모으기 위해 원뿔 모양으로 제작하였고 모터로 작동되는스크래퍼를 설치하였다. 탈질을 위해서 포기조에서 무산소 조로 내부반송을 하였으며, 슬러지반송은 탈질효과와 슬러지 농축효과를 위해서 2차침전조에서 무산소조로 전량 반송시켰으며 별도의 슬러지를 제거시키지 않았다. 무산소 조로 이송된 슬러지는 침전성이 양호하며 침전된 상태에서 혼합되었으며 상징액은 분리되어 포기조로 유입되었다.
- 폐기시킬 때 제거되는 질소량이다. 폐슬러지를 건조시킨 후 적당량을 증류에 희석시켜 질소농도와 시료 부피를 측정하여 실제 폐기시킨 슬러지내 포함된 질소 무게량을계산하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 반웅조는 실험실 규모로 제작되었고 재질은 아크릴이다. 유입과 반송은 미세유량조절 펌프를 사용하였고, 전체공정은 자연 유하하도록 설치하였다 유입 유량은 18g/d 이며, 제작된 반응기는 1차침전조(혐기조), 무산 소조, 포기조, 2차침전조로 구성되어 있으며 각 단위공정의 용적은 각각 1.
- 본 연구에 사용된 유입원수는 P 아파트 단지의 오수처리시설 유입수이며 분뇨와 생활하수가 동시에 유입되어 우리나라의 일반적인 하수의 성상보다는 유기물질과 영양소의 농도가 약간 높은 편이다(Table 2 참조). 사용된 유입수의 CODcr 값은 평균 252mg/L, BOD 174mg/J로 나타났으며, CODcr/BOD의 비가 일반도시하수의 1.
성능/효과
- 1) 무산소조의 침전된 고형물농도 1.0~1.5%에서 슬러지반송율 50%, 내부반송율 100%, 200%, 300%을 기준으로 하여 Mode I, Ⅱ, Ⅲ로 각각 구분하고, 고형물농도 약 2.0%에서 슬러지반송율 50%, 내부반송율 100%을 Mode IV로 구분하여 운전한 결과 COD 제거효율은 평균 약 90%이상으로 나타났고, Mode 별로 큰 차이를 보이지 않았다.
- 1차침전조에서 폐기되는 슬러지의 질소와 인을 분석한 결과 TKN/VSS비와 T-P/VSS비가 평균 4%과 4.4%를 각각 나타냈다. 일반적인 활성슬러지공정의 폐슬러지(VSS) 중의 질소 함량 7% 보다 작게 나타났고, 인 함량 2%보다 약 2배 정도 높은 값을 보였다.
- 2) T-N 제거효율은 Mode II가 약 73%, 유출수 T-N 8.8 mg/L로 가장 효율이 높았으며 이는 내부반송율 200%로 운전한 경우가 질산화와 탈질조건이 적절하게 수행된 결과로 판단되며, 총질소의 약 36% 정도가 탈질에 의해 질소 가스로 전환되었다. 이 경우 SCOD 제거효율 90% 중 무산소조에서 36%의 제거효율을 나타냈는데 이는 무산 소조에서 인 방출과 탈질을 위해 용해성 유기물질이 사용되었기 때문이다.
- 3) 무산소조의 비탈질율을 측정한 결과 3.5mg NOj-N/g Mv/hr으로 유입 TKN이 33 mg/L, 무산소조 MLVSS농도가 10, 000 mg/L의 조건에서 약 0.7시간 정도의 탈질 시간이 요구되어, 무산소조의 고형물농도를 높게 유지할수록 탈질시간을 최소한으로 줄일 수 있다.
- 4) T-P 제거효율은 대부분 Mode에서 약 70% 이상으로 양호하게 나타났으며, 무산소조에서 인 방출율은 1.38mg PO4-P/g Mv/hr을 보였고, 무산소조에서 인방출이 이루어 졌는데 이는 무산소조의 NO, -N의 탈질이 모두 이루어져 혐기성 상태가 되어 인이 방출할 수 있는 충분한 혐기성 환경조건이 만들어졌기 때문이다.
- 5) 무산소조에서 TS 1.5%이하의 농도로 유지하고 SRT를 17일 정도로 길게 운전한 결과 슬러지 생산량은 평균 0.28kg VSS/kgBOD로 일반적인 활성슬러지 공정에 비해 약 40%이상의 감량효과가 나타났으며 무산소 조의 고형물질의 농도를 높힌다면 더 양호한 감량효과를 얻을 수 있다.
- 가 약 86%로 가장 낮게 나타났다. BOD 제거효율은 약 94~ 97%정도, SS 제거효율은 약 92-94% 정도로 매우 양호하게 나타나고 있는데, 강화된 방류수 수질기준인 BOD 10mg/L, SS 10mg/L 비교적 만족시키는 수준으로 나타났다. 이는 0.
- Batch test를 통한 비탈질율(specific denitrification rate, SDNR)을 측정한 결과 3.5mg NOj-N/mgMv/hr으로 나타났는데 유입 TKN이 33mg/L가 전부 질산화되었다고 볼 때, 무산소조 MLVSS농도가 10, 000mg/L의 조건에서 약 0.7시간 정도의 탈질 시간이 요구되는 것으로 나타났다. 본 실험에서 짧은 체류시간에 탈질이 일어날 수 있었던 것은 무산소 조의 미생물농도가 고농도로 유지되기 때문인 것 같다.
- Batch test를 통해 얻은 질산화율(specific nitrification rate, SNR)은 2.3mg NHZ-N/gMv/hr으로 이 질산화율을 근거로 질산화에 필요한 소요시간을 산정하면 유입 NH/-N 가 24mg/L, 포기조 MLVSS가 2500mg/L의 조건에서 포기조의 체류시간이 3.1 hr 정도가 요구되는데 본 실험의 경우 포기조에서 체류시간 6 시간으로 운전되었으므로 질산화가 충분히 이루어진 것으로 판단되며 암모니아 농도가 낮은 경우에는 포기조의 체류시간을 줄일 수 있다.
- 3%까지 유지되었다. COD, BOD, SS, T-N, T-P 농도의 제거효율은 약 86%, 96%, 92%, 49%, 76%의 결과를 각각 나타내고 있다.
- 2%까지 유지되었다. COD, BOD, SS, T-N, T-P 농도의 제거효율은 약 89%, 96%, 95%, 63%, 73%의 결과를 각각 나타내고 있다.
- 4%로 나타났다. COD, BOD, SS, T-N, T-P 농도의 제거효율은 약 92%, 94%, 94%, 44%, 80%의 결과를 각각 나타내고 있다.
- 4%로 유지되었다. COD, BOD, SS, T-N, T-P 농도의 제거효율은 약 92%, 96%, 96%, 73%, 74%의 결과를 각각 나타내고 있다. Mode 1H는 무산소조의 고형물농도를 1.
- Fig. 5는 Mode II에서 인이 어떤 단위공정에서 방출되고 섭취가 되는지 알아보기 위하여 공정별 SCOD와 PO「P의변화를 도시한 것인데, 일반적으로 혐기조에서 인이 방출되고 포기조에서 과잉섭취가 이루어져야 되는데 본 연구에서는 인이 혐기조 역할을 하는 1차침전조보다 무산소조가 더 많이 방출이 이루어지고 포기조에서 인이 섭취되는 것으로 나타났다. 이것은 무산소조의 NO-N의 탈질이 모두 이루어져 혐기성 상태가 되고 SRT를 길게 운전함에 따라 바닥에서 고형물이 어느 정도 농축되어 인이 방출할 수 있는 충분한 혐기성 환경조건이 만들어졌기 때문인 것으로 사료된다.
- Mode H의 경우 무산소조와 포기조에서 각각 인방출율과인섭취율을 결정하기 위하여 Batch test를 실시한 결과 인방출율(specific phosphorus release rate, SPRR)은 1.38mg PO4-P/g Mv/hr, 인 섭 취율(specific phosphorus uptake rate, SPUR) 은 I.7mg PO4-P/g MWhr 를 보였고, PrcIcaJPuptakc는 1.23으로 용출시킨 양이 섭취한 양보다 약 23% 정도 더 높은 것으로 나타났다.
- Mode Ⅱ는 무산소조의 고형물농도를 1.45%, 무산소 조로 이송된 슬러지반송율 50%, 내부반송율 200%, 포기조 MLSS농도를 2, 678mg/L로 운전한 것으로서 2차슬러지의 TS농도 약 1%, 1차슬러지의 TS농도는 약 2.4%로 유지되었다. COD, BOD, SS, T-N, T-P 농도의 제거효율은 약 92%, 96%, 96%, 73%, 74%의 결과를 각각 나타내고 있다.
- Mode Ⅱ의 경우 유입수의 NHj-N 농도는 24mg/L, 유줄수의 NHJ-N 농도는 1.2mg/L로 95%정도의 제거효율을 보여 유입 NH-N가 대부분 질산화되는 것으로 나타났고, Mode I, Ⅲ, IV도 각각 99%, 98%, 98%의 질산화율을 보였다.
- 8mg/L의 NH「-N을 질산화시키기에는 충분한 양으로 생각되며 인위적인 알칼리 주입은 하지 않았다. TCOD/T-P의 비율은 61로 우리나라의 전형적인 TCOD/T-P의 비율인 45보다 높은 값을 보여 인의 유입농도가 약간 낮은 것으로 나타났다
- Table 3은 Mode별 정상상태에서 각 Mode에 따른 수질측정 결과를 요약한 것으로, Mode Ie 무산소조의 고형물농도를 1.37%, 무산소조로 이송된 슬러지반송율 50%, 내부반송율 100%, 포기조 MLSS농도를 2, 986mg/L로 운전한 것으로서 2차슬러지의 TS 농도 약 1%, 1차슬러지의 TS 농도는 약 2.2%까지 유지되었다. COD, BOD, SS, T-N, T-P 농도의 제거효율은 약 89%, 96%, 95%, 63%, 73%의 결과를 각각 나타내고 있다.
- 폐기시켰다. Table 5는 Mode 별 SRT와 슬러지생산량의 결과인데 고형물 함량을 높게 유지하기 위해 SRT를 약 17일 정도로 길게 운전한 결과 슬러지 생산량은 1kg BOD제거당 평균 0.28kg VSS가 생산되어 일반적인 활성슬러지공정의 0.4- 0.5 kgVSS/kgBODm(2)의 약 40%정도 감량되었다. Mode IV의 경우 무산소조의 고형물질농도를 약 2%정도로 유지하였는데 약 1~1.
- 3은 공정별 NOi-N농도와 NH-N의 변화를 나타낸 것으로써 NON의 농도로 내부반송에 따른 무산 소조에서 탈질이 어느정도 일어나는지 알 수 있다. 내부반송율 100% 인 경우(Mode I)가 무산소조에서 NOj-N의 농도가 1.3mg/L 로 탈질이 양호하게 나타났으나 유출수의 NON의 농도가 7.0 mg/L로 더 많은 내부반송이 필요한 것으로 나타났고, 내부반송율 200%인 경우(Mode II)가 무산소조에서 NOJ-N 의 농도가 0.4mg/L로 탈질이 가장 양호하게 이루어졌고, 유출수의 NO-N 농도가 2.7mg/L로 반송율이 적절한 것으로 나타났다. 내부반송율 300%인 경우(Mode HI)에는 더 높은 탈질율을 기대했으나 무산소조에서 NO3-N 농도와 유출수 NO/-N 농도가 매우 높게 나타났는데, 이는 수리학적으로 반송량이 증가되어 무산소조의 탈질을 위한 충분한 체류 시간을 갖지 못했기 때문이다.
- 무산 소조에서 유입 PO『P의 약 3배 정도가 방출되었고 이때 SCOD는 36%가 감소되었다. 또한 포기조에서 인의 섭취가 용출된 인의 93%이상 제거되고 있음을 알 수 있었다.
- 문헌에 따르면 TCOD/T-P 비가 40 이상이면 유출수의 T-P를 Img 이하로 얻을 수 있다고 밝히고 있다. 본 실험에서는 TCOD/T-P가 61로 유출수 T-P 농도를 0.7mg/L 이하로 유지할 수 있었으며 T-P 제거효율은 약 70%이상으로 나타났다.
- 일반적인 하수의 성상보다는 유기물질과 영양소의 농도가 약간 높은 편이다(Table 2 참조). 사용된 유입수의 CODcr 값은 평균 252mg/L, BOD 174mg/J로 나타났으며, CODcr/BOD의 비가 일반도시하수의 1.72보다 약간 낮은 1.45의 값으로 나타났고 TCOD/TKNe 6.0으로 일반하수의 성상과 유사한 편이다. 이론적으로 질산화에 필요한 알카리도는 약 7.
- 이는 내부반송율 200%로 운전한 경우가 질산화와 탈질 조건이 적절하게 수행된 결과로 판단된다. 유출수 T-N 농도는 8.8 - 21.2mg/L로 Mode Ⅲ를 제외하고 강화된 방류수 수질 기준인 T-N 20mg/L을 만족하였다. Mode Ⅲ의 경우 질소 제거효율이 44.
- 이는 분석기간동안 유입수의 평균 T-P농도가 1.9 ~ 3.6mg/L(평균 2.7mg/L) 정도로 우리나라 일반하수의 전형적인 T-P농도인 4.5mg/L보다 낮게 유입되어 비교적 제거효율이 좋았다. 이는 높은 MLSS의 유지로 인하여 미생물이 세포의 합성에 T-P가 사용되어 T-P제거효율이 운전기간 전반에 걸쳐 좋게 나타난 것으로 사료된다.
- 0으로 일반하수의 성상과 유사한 편이다. 이론적으로 질산화에 필요한 알카리도는 약 7.14 mg/mg NH/-N인데 유입수의 알카리도는 198mg/L으로 평균 24.8mg/L의 NH「-N을 질산화시키기에는 충분한 양으로 생각되며 인위적인 알칼리 주입은 하지 않았다. TCOD/T-P의 비율은 61로 우리나라의 전형적인 TCOD/T-P의 비율인 45보다 높은 값을 보여 인의 유입농도가 약간 낮은 것으로 나타났다
- 4%를 각각 나타냈다. 일반적인 활성슬러지공정의 폐슬러지(VSS) 중의 질소 함량 7% 보다 작게 나타났고, 인 함량 2%보다 약 2배 정도 높은 값을 보였다.
- 있다. 하수처리를 통해 발생하는 슬러지는 하수처리량의 1-2% 정도이며, 탈수케이크를 포함하는 슬러지의 최종발생량은 5,209톤/일로서 하수처리량의 0.032% 즉 하수 1m, 당 0.32kg이 탈수케이크로 최종 배출되었다. 2001년 말 기준으로 슬러지 발생량은 년간 1, 901천톤으로 하루에 5,209톤의 탈수슬러지가 발생하였는데, 주로 육상매립(12.
- 활성슬러 지공정에서 슬러 지생산량과 슬러지내 인 함량에 따른 제거 인농도를 보면 본실험에서 얻은 1kg BOD 제거당 O.28kg VSS 생산시, 슬러지내 인농도 4.4%를 적용해보면 약 2mg/L이하의 인이 제거되어야 하는데(2) 본 공정 (Mode II)에서도 약 1.9mg/L이하의 인 제거를 보여 비슷한 수치를 나타냈다.
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