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문제 정의
- 그러나 이런 형태의 반응기를 중수도용을 포함한 소규모에 사용하여 보다 효율이 높은 폐수처리를 하기에는 규모면에서 부적합한 부분이 있다(Lee 등, 1995). 본 연구에서는 유동충 생물반응기에서 유기물질의 생분해능을 향상시켜장치규모를 더 적게 하여 고부하 처리를 가능하게 함으로써 좁은 설치면적에 적용할 수 있는 반응기 개발에 착안하였다. 대부분인 수직형 반응기내에서 수직으로 을라가는 상향유체가 담체와 빈번한 접촉을 가능하게 하기 위하여 반응기 구조에 따라 상향 유로가 변경되도록 나선형 구조를 고안하였다.
- 대부분인 수직형 반응기내에서 수직으로 을라가는 상향유체가 담체와 빈번한 접촉을 가능하게 하기 위하여 반응기 구조에 따라 상향 유로가 변경되도록 나선형 구조를 고안하였다. 지금까지 사용하고 있는 수직형 반응기와 동일 규격의 나선형 반응기를 같은 조건으로 운전하여 그 차이 점을 서로 비교함으로써 고효율 반응기의 설계에 필요한 자료를 얻고자 실험을 수행하였다.
제안 방법
- 반응 기로부터의 유출 관은 effluent tank(지름 = 25cm, 높이 = 25cm) 로연결하였다. Feed tank(지름 = 25cm, 높이 = 25cm)에서 나온 합성하수를 공기가 주입되게 설치한 influent tawk(지름 = 25cm, 높이 = 25cm)유출수와 합쳐 recycle pump (Peristaltic Pump, Model No. 7522-10, Cole- Parlmer Co.)로 들어가서 pump 배출관(안지름 0.48cm, Masterflex tube 9640-15, IL, USA) 을 통해 반응기에 공급되도록 연결하였고, 펌프 회전수로 필요한유량이 조절되도록 하였다. 반융기에서 비말 동반으로 인하여 감소한 담체 와 유출수는 effluent tank에 들어가며 회수한 담체는 O.
- 본 연구에서는 유동충 생물반응기에서 유기물질의 생분해능을 향상시켜장치규모를 더 적게 하여 고부하 처리를 가능하게 함으로써 좁은 설치면적에 적용할 수 있는 반응기 개발에 착안하였다. 대부분인 수직형 반응기내에서 수직으로 을라가는 상향유체가 담체와 빈번한 접촉을 가능하게 하기 위하여 반응기 구조에 따라 상향 유로가 변경되도록 나선형 구조를 고안하였다. 지금까지 사용하고 있는 수직형 반응기와 동일 규격의 나선형 반응기를 같은 조건으로 운전하여 그 차이 점을 서로 비교함으로써 고효율 반응기의 설계에 필요한 자료를 얻고자 실험을 수행하였다.
- INNaOH로 처리하여 생물 막을 제거한 후 증류수로 세척하고 다시 사용하였다 (Jung, 1994; Xing 등, 1995). 또 수직형 반웅기 하부에서 위로 30cm, 70cm, 110cm 및 150cm 지점에 시료 채취구를 설치하고 반응기 하부에는 안지름 0.8cm 인 회 수용 배 출관을 설 치 하였다. Influent tank 바닥에 모인 담체와 슬러지는 바닥에서부터 높이 Inun 이상 쌓이면 수시로 하부로 회수하고 회수액은 재 순환시켰다.
- 순환 용액 유량을 34mL/min로 증가시키면 그에 따라 부유하는 미생물이 고정된 담체 입자의 부상높이가 증가하고 입자간 거리가 넓어지지만 생물막의 탈리로 인하여 반응기내 부유물이 증가하였으며 담체 일부가 유출되면서 미생물량이 줄어들어 COD* 제거율이 급격히 감소한 것으로 사료되었다. 또한 각각의 유량 변화로 생물막의 두께가 영향을 받아 실험조건이 매번 같을 수 없으나 두 반옹기의 동일한 유량 변화에 따른 효율을 비교하는 데에 우선 중점을 두었다.
- 047 cm/sec)로 일정하게 공급하면서 식종 미생물인 K 시 하수처리장 순환 슬러지 30mL를 첨가하였으며 30일간 미생물이 증식되는 동안 유량은 점차 감소되었다. 미생물막이 형성된 담체 10mL를 취하여 O.l NaOH 에 세척하고 모래를 분리한 다음 세척용액을 원심분리하여 잔유분의 무게를 측정하였다. 이 잔유분을 건조한 후 무게도 측정하였으며 생물막 건조밀도는 기 연구한 결과와 같은 범위였다(Kim 등, 1993).
- , USA)은 펌프 배출관과 연결하였다. 반응 기로부터의 유출 관은 effluent tank(지름 = 25cm, 높이 = 25cm) 로연결하였다. Feed tank(지름 = 25cm, 높이 = 25cm)에서 나온 합성하수를 공기가 주입되게 설치한 influent tawk(지름 = 25cm, 높이 = 25cm)유출수와 합쳐 recycle pump (Peristaltic Pump, Model No.
- 29 cm /sec)로유지되게 서서히 하부로 주입시켰다. 반응기에 합성 하수를 임의 최소 유량 2mL/min(상향유속 = 0.047 cm/sec)로 일정하게 공급하면서 식종 미생물인 K 시 하수처리장 순환 슬러지 30mL를 첨가하였으며 30일간 미생물이 증식되는 동안 유량은 점차 감소되었다. 미생물막이 형성된 담체 10mL를 취하여 O.
- 반응기와 두 tank 상부는 개방하였으며 실험실 내부온도는 22℃를 유지하였고 낮과 밤의 광도차에 의하여 미생물의 대사변화를, 고려하여 40 Watt 형광등 4개로 24시간 계속 조명하였다.
- 수직형과 나선형 유동층 생물반응기에 합성 하수를 공급하고 미생물이 고정된 유동층에 의해 유기물이 생분해되도록 하였다. 두 반응기의 조작 조건이 같으므로 수직형 반웅기와 구조를 달리한 나선형 반응기의 처리효율을 비교하기 위하여 조사한 실험 결과는 다음과 같다.
- 5cm인 구조에서 미생물 막이 형성되었다. 이후 미생물막이 형성된 담체는 직경이 중가하고 총괄 밀도가 감소하여 점차 모래만의 부상높이 보다 상숭하므로 공급유량을 줄이면서 부상높이가 유지되도록 하였다. 이때 feed flow rate 28mL/min 공급에서 두 반응기는 bed height?} 각각 140cm, 127cm를 나타내었으므로 나선형 반응기는 수직형 반옹기의 0.
대상 데이터
- 팽창한 담체층 사이로 을라가는 유체는 반옹기의 2차 나선형 굴곡 벽에서 다시 유로를 변경하게 되며 이로 인하여 담체와 기질의 접촉이 반복되었다. 나선형 반옹기는 상당높이 28.2cm, 65.8cm, 103.4cm 및 유출구와 같은 위치인 141cm 지점에 시료 채취구를. 설치하고 반옹기 하부에는 회수용 배출관을 달았다.
- 본 실험에 사용한 두 가지 유동충 반응기는 Fig. 1 에서 보는 바와 같이 높이 150an, 안지름이 0.95cm 인 투명 PVC관을 사용하였으며 유입관(안지름 0.8 cm, Masterflex tube 9640-13, Cole-Parlmer Co., Ⅱ., USA)은 펌프 배출관과 연결하였다. 반응 기로부터의 유출 관은 effluent tank(지름 = 25cm, 높이 = 25cm) 로연결하였다.
- 본 연구에서 반응기내에 충전한 유동 담체로는 Table 1에서 보는 바와 같은 동해안 석호에서 생산한 모래를 사용하였다.
이론/모형
- 이 실험을 통하여 합성하수 유량은 2~10mL/min, 순환용액 유량은 10~34mL/min를 측정범위로 하였다. 필요한 분석 방법은 StandardMethod(APHA 등, 1992)에 의거하였다.
성능/효과
- 1) 두 반옹기에 공급되는 순환용액 유량을 고정하고 합성하수를 2~ 10mL/min로 공급하였을 때와 합성 하수의 유량을 4mL/min로 고정하고 순환용액 유량을 10~34mL/min로 변화시켰을 때 나선형 반응기가 수직형 반응기보다 COD& 제거율은 각각 실험치로 5.2%와 12.4% 향상되었다.
- 2) CODCr 제거율이 80% 이상에서 순환용액의 유량 변화폭이 수직형 반응기에서 18mL/min(상향유속 0.42cm/sec, NRe = 5.9) ~27mL/min(상 향 유 속 0.64cm/sec, N# - 9.0) 이 므로, 15mL/min(상향유속 O.35cm/sec, NRe = 4.9) ~28mL/min(상 향 유 속 0.67cm/sec, # 9.4) 로 나타낸 나선형 반응기 가 더 넓고 높은 유량변화폭을 나타내었다,
- 3) 두 반옹기에 담체를 추가하였을 때 나선형 반응기의 COD& 제거율 이 수직형 반웅기보다 4.1% 우수한 효과률 나타내었다.
- 각 연구결과를 보면 유동층 생물 반응기는 다른 형태의 미생물을 이용하는 공정에 비해 설치면적이 적고 고농도 폐수처리와 부하변동에 탄력적이며 처리 시간이 단축되는 장점이 있다. 그러나 이런 형태의 반응기를 중수도용을 포함한 소규모에 사용하여 보다 효율이 높은 폐수처리를 하기에는 규모면에서 부적합한 부분이 있다(Lee 등, 1995).
- 순환용액 유량이 10mL/min 일 때 CODc, 제거율이 16%로 낮은 값을 나타냈으나 16mL/min에서 92%, 22 mL/min에서 90%, 28mL/min에서 87%, 그리고 34mL/min에서 55%를 나타내고 있다. 각각의 유량에서 나선형 반응기의 CODCr 제거율은 수직관 반응기보다 6%, 9%, 8%, 14% 및 25%씩 더 큰 값을 나타냈으므로 실험치 평균 12.4% 더 향상된 결과를 나타냈다. 이 실험에서 반응기 내부로의 유입유량은 수직관 반응기에서 순환 유량 18mL/min(상향유속 0.
- 나선형 반응기에서 합성하수의 유량이 증가하면 그에 따라 제거 량은 증가하나 제거 율은 수직 관 반응기와 유사하게 서서히 감소하였다 N 두 반옹기에서 합성 하수의 유량이 2mL/min일 때 나선형 반응기의 CODCr 제거율이 94%로 나타났으며 이 유량에서 나선형 반응기는 수직관 반응기보다 2%의 증가에서 5.4mg/L의 COD&를 더 제거하고 있다. 또한 5% 증 7].
- Table 6에 나타내었다. 두 반응기에서 담체의 부피와 높이가 증가하고 공극률이 감소하며 유동충상하에 미치는 압력차가 증가하는 경향을 보이고 있다. 이것은 예상한 대로 유체와 담체와의 마찰저항이 작용하는 현상이며 나선형 반옹기에서의 압력차는 관벽에서의 저항이 더 작용하여 수직형 반응기보다 약 2배에 달한다는 이론과 일치하고 있다.
- 이것은 예상한 대로 유체와 담체와의 마찰저항이 작용하는 현상이며 나선형 반옹기에서의 압력차는 관벽에서의 저항이 더 작용하여 수직형 반응기보다 약 2배에 달한다는 이론과 일치하고 있다. 두 반응기에서의 CODCr 제거 량은 초기에 담체 추가 첨가와 비례하여 증가하고 있으나 6mL 이상에서는 감소 추세를 보이고 있으며 특히 나선형 반옹기의 CODCr 제거량은 수직형 반응기보다 각 조건에서 평균 4.1% 더 우수하게 반응율이 향상되었음을 보이고 있다. Fig.
- 4)사이에서 역시 80% 이상의 CODCr 제거율을 나타내고 있다. 순환 용액 유량을 34mL/min로 증가시키면 그에 따라 부유하는 미생물이 고정된 담체 입자의 부상높이가 증가하고 입자간 거리가 넓어지지만 생물막의 탈리로 인하여 반응기내 부유물이 증가하였으며 담체 일부가 유출되면서 미생물량이 줄어들어 COD* 제거율이 급격히 감소한 것으로 사료되었다. 또한 각각의 유량 변화로 생물막의 두께가 영향을 받아 실험조건이 매번 같을 수 없으나 두 반옹기의 동일한 유량 변화에 따른 효율을 비교하는 데에 우선 중점을 두었다.
- 2에서 보는 바와 같이 순환용액 유량이 10 mL/min일 때 미생물이 고정된 유동층의 상단이 아래로 하강하고 담체간 서로 간격이 좁게 되어 담체 표면적과 활성이 작아지므로 CODCr 제거율이 저조하였다. 순환용액 유량 16mL/min에서 유동층이 부상 하여 담체가 서로 분산된 것으로 보이는 시점에서 측정한 CODCr 제거율은 83%, 22mL/min로 증가시켰을 때는 82%, 28mL/min애서는 73%로 점차로 감소 경향을 나타내다가 34mL/min에서는 급격히 30%로 감소하였다. 유량이 34mL/min로 증가되었을 때 CODCr 제거율이 급격히 저하된 이유는 담체의 일부가 비말 동반되어 유출 저장조로 넘어가 반응기내에 존재하는담체량이 감소된 것과 많은 유량으로 인하여 담체에 고정된 생물막이 탈리되어 발생한 현상이라 사료되었다.
- 3mgZL, 8% 증7].에서 65.4mg/L, 7% 증:가* 에서 76.4mg/L 및 4% 증가에서 54.6mg/L의 CODCr 를 더 제거하였으므로 나선형 반응기는 수직형 반응기보다 평균 5.2% 우수한 처리 효율을 나타내었다. 이것은 같은 공급유량에서 유체의 나선흐름이 유로변경에 의하여 미생물이 고정된 입자의 관성력과 원심력에 의한 상호충돌이 생겼고 그로 인한 부분적인 소용돌이 생성이 수직형 흐름보다 미생물과 기질의 접촉을 더 원활하게 하여 물질전달이 잘 이루어진 결과로 생각되었다.
- 91 배 위치에 부상하였다. 이 결과로 미루어 보면 두 반웅기에서 미생물이 고정된 담체부상 높이가 같을 때 나선형 반웅기의 유량이 더 많이 공급되고 있으므로 높이 200cm인 앵글에 PVC 관의 지름 크기가 변하지 않도록 원만하게 나선으로 감아 상당 높이 (150cm 길이의 관을 수직 철주에 나선으로 감아 세웠을 때의 최대높이)가 141cm로 되게 고정하였다.
- 4% 더 향상된 결과를 나타냈다. 이 실험에서 반응기 내부로의 유입유량은 수직관 반응기에서 순환 유량 18mL/min(상향유속 0.42 cm/sec, NRe = 5.9) 와 27mL/min(상향유속 0.64 cm/sec, N& = 9.0)사이 에서 80% 이상의 CODCr 제거율을 보였다. 또한 나선형 반옹기에서 생분해 반응은 담체에 고정된 미생물이 유기물을 안정되게 섭취하며 서식할 수 있는 유량 15mL/min(상향유속 O.
- 52cm/ sec)로 일정하게 하고 합성하수 유량 2mL/min를 반응기에 공급하였을 때 생분해 반응에 의한 CODCr 제거율은 92%이었고 4mL/min일 때 88%이었으며 점차 증가시킴에 따라 계속 감소하여 10mL/min에서 16%를 나타내었다(Kkn 등, 1995). 합성하수의 유량이 증가하면 반응기로 유입되는 용액중의 CODCr 농도는 증가하게 되며 미생물의 분해 가능한 최적량 이상에서 과량은 분해되지 못하고 그대로 배출된 현상이라고 생각되었다. 미생물이 신진대사를 하고 나서 생긴 유기물 분해물과 산소소비로 생긴 용존산소 부족으로 인하여 활동이 둔화된다는 연구결과(Sim, 1995)와 같은 현상으로 보였으며 그 결과 생분해 반응이 점차 감소하는 현상이 생기므로 합성하수 생분해 반응은 공급량이 증가하더 라도 분해률은 감소하고 있다.
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