선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 2단 탈질로 이 루어 진 pilot plant에서 저농도 하수의 질소제거를 위해 외부탄소원을 개발하기 위한 방안으로 수행되어, 활성 슬러지 모델을 기초로 개발된 상용프로그램인 GPS-X 고도처리 모델을 이용하여 pilot plant 운전조건 및 외 부탄소원 적 용 조건 등을 평 가하였다. 또한 pilot plant 운전자료를 바탕으로 모델링을 수행하기 위하여 유입수 성상 조절, physical parameter 등 각종 설계 인자를 조절하여 모델링 을 수행 하여 pilot plant 운전수질과 모델링 결과를 비교 분석하였다.
가설 설정
- 으로 모델 링 수행 의 바탕이 된다. Pilot plant와 동일하게 외부탄소원을 추가적인 유입수로 가정하여 무산 소조 1 및 무산소조 2에 1:2의 유량비율로 주입하였다.
제안 방법
- 미친다. C/N 비 변화에 따른 유출수질의 영향을 평가하기 위해 pilot plant 유입수(외부탄소원 포함 및 미포함)와 국내 하수처리장의 평균 C/N 비를 적용하였다. Pilot plant 유입수의 BOD/T-N 비는 Table 12와 같이 외부탄소원으로 메셀로스폐액을 주입했을 때 6.
- HRT와 더불어 반응조 내의 운전조건이 중요하며, 무산소 및 호기조건을 형성하는 근본적인 요소인 DO가 가장 중요한 요소라 할 수 있다. Pilot plant는 2조의 무산소조와 2조의 호기조로 구성되어있으며, 실제 운전시의 DO 농도률 입력하여 종속영양 미생물 및 독립영양미생물의 성장이 가능하도록 하였다.
- Pilot plant에 대한 모델링 입력 인자인 동력 학계 수 및 양론계수들에 대해서는 default값을 사용하여 simulation한 경우와 추정된 값을 사용하여 simulation한 경우로 구분하였다. Default값으로 모델링에 사용된 주요 동력학계수 및 반응계수는 Table 6과 같다.
- . 검토하고 모델링 상에서 유기물 및 질소 제거 거 동을 평 가하였다. 또한 pilot plant 반옹조의 용존산소나 C/N비 둥 반웅조 운전조건 및 동력학계수 및 반응계수를 보정하여 모델링에 적용하여 유출 수질 을 예측하고, 반응계수의 민감도를 분석하여 가장 큰 영향을 미치는 인자를 평가하는 둥 2단 탈질공정에 외부탄소원을 실제로 적용하기 위한 최적 운전조건과 현장 적용성을 검증하였다.
- 동력학계수 및 반응계수의 변화에 대한 유출수 질의 변화정도를 민감도로 분석하여 수치화 하였다. 각 수질농도 항목의 변화율을 동력학계수 및 반응계수의 변화율로 나눈 값을 민감도로 적용하였으며, Table 14에 제시한 것처럼 外는 총질소 및 질산성 질소에서 각각 0.
- 검토하고 모델링 상에서 유기물 및 질소 제거 거 동을 평 가하였다. 또한 pilot plant 반옹조의 용존산소나 C/N비 둥 반웅조 운전조건 및 동력학계수 및 반응계수를 보정하여 모델링에 적용하여 유출 수질 을 예측하고, 반응계수의 민감도를 분석하여 가장 큰 영향을 미치는 인자를 평가하는 둥 2단 탈질공정에 외부탄소원을 실제로 적용하기 위한 최적 운전조건과 현장 적용성을 검증하였다. 모델링에 사용된 GPS-X simulator의 구성 화면은 Fig.
- 등을 평 가하였다. 또한 pilot plant 운전자료를 바탕으로 모델링을 수행하기 위하여 유입수 성상 조절, physical parameter 등 각종 설계 인자를 조절하여 모델링 을 수행 하여 pilot plant 운전수질과 모델링 결과를 비교 분석하였다. 특히 반응조의 DO와 매개변수를 보정하고 C/N비 조절을 통해 최적 운전조건을 확인하고, 주요 반웅계수에 대해 민감도를 분석하여 처리 수질에 가장 큰 영향을 미치는 인자를 평가하는 등 실제 현장에서의 적절한 DO 농도나 C/N비 등 운전인 자를 도출하였다.
- 모델링 수행 시는 예측된 유출수질과 실측자료를 비교 . 검토하고 모델링 상에서 유기물 및 질소 제거 거 동을 평 가하였다.
- (Henze, 1992). 모델의 유입 수 자료는 활성 슬러지 모델 No. 2d의 상태변수들로 적절히 변경되어야하며, GPS-X에서 제공하고 있는 Influent Advisor 를 이용하여 변경하였다. 본 모델링 에 사용된 유입하수의 성 상은 Table 4와 같이 Ss가 35%, $가 33%로 용존성 유기물 분율이 높다.
- 민감도 계수가 큰 반응계수인 珏와 awut값을 전형적인 값에서 하한값과 상한값으로 변화시켰을 경우 반응조에서 질산화 및 탈질 반응속도의 변화에 대하여 살펴보았다. Table 15에 나타낸 것처럼 瑶값이 작 아질수록 탈질속도가 커지는 경향을 나타내었다.
- 본 연구는 유기물 부하가 매우 낮은 하수처리장에서 탈질시 요구되는 대체 외부탄소원과 관련하여 2단 탈질공정 으로 구성된 pilot plant 운전과 GPS-X 고도처리 모델을 이용하여 메셀로스폐액 주입에 따른 반응조에서의 질소 거동을 예측하고 최적 운전조건 등 외부 탄소 원의 적용성을 평가하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 06으로 IWA Simulation Benchmark0, ]*] 제시한 값을 이용하였다. 비 용함수를 이 용하기 위하여 pilot plant의 유입 , 외부탄소원, 유출자료를 활성 슬러지 모델의 유입자료로 환산하였으며 , 비용함수를 최소화하는 파라미터값을 추정한 결과는 Table 10과 같다. 시뮬레이션에 사용되었던 default 값(Table 5)과 비교할 때, 孩 는 4g/m?, 珞는 0.
- 모델에 적용된 pUot plant 유입 및 유출수질은 Table 2와 같으며 . 이를 바탕으로 GPS-X simulator를 이용하여 pUotplant 운전결과와 비교 검토하였다.
- 즉. 질산화 및탈질반웅은 DO 농도에 대한 영향이 크므로 호기조및 무산소조의 DO 농도를 낮추어 유출수질을 예측하였다. 특히 호기조의 DO가 모델링시 3.
- 질소 농도에 있어서 pilot plant 운전자료와 모델 링 결과가 차이가 크게 나타나므로 질소제거 효율에 영향을 많이 미치는 생물반응조 내의 DO를 적절한 범 위 내에서 조절하여 유출수의 NH「N 및 N0「-N 농도가 pilot plant 운전 결과와 동일하도록 모델링을 수행 하였다. Pilot plant 운전시 DO 농도와 모델 링 상에서 조정된 DO 농도는 Table 8과 같다.
- 또한 pilot plant 운전자료를 바탕으로 모델링을 수행하기 위하여 유입수 성상 조절, physical parameter 등 각종 설계 인자를 조절하여 모델링 을 수행 하여 pilot plant 운전수질과 모델링 결과를 비교 분석하였다. 특히 반응조의 DO와 매개변수를 보정하고 C/N비 조절을 통해 최적 운전조건을 확인하고, 주요 반웅계수에 대해 민감도를 분석하여 처리 수질에 가장 큰 영향을 미치는 인자를 평가하는 등 실제 현장에서의 적절한 DO 농도나 C/N비 등 운전인 자를 도출하였다.
- 이런 변수들을 이용하여 변화를 모사하며 공정에 악영향을 주는 시기를 미리 예측할 수 있는 감시시스템으로서의 기능도 갖추고 있다. 프로그램을 통해 dynamic simulation 기법의 신기술을 확보하고 하 . 폐수처리장의 운전특성을 파악하며 특히 활성 슬러지공정 및 탈질 .
- 활성 슬러지 모델 No. 1에 포함된 동력학 및 양론 계수 19개 중 모델에 민감한 주요 5개 변수를 선정하여 파라미터를 동일한 방법으로 추정하였다. 추정을 위한 비용함수(Cost Function)는 다음 식과 같이 계산되었다(GPS-X, 2001: Nelderetal.
대상 데이터
- Composite TCODc” TBOD5, TSS, T-N으로 설정하였다.
- Pilot plant 운전 모식도 및 조건은 각각 Fig. 1 및 Table 1과 같으며 , 겸용조는 무산소조로 이용하였다. Pilot plant 유입 수는 국내 J하수처리 장 유입 수를 이 용하였으며, 유량은 32mVd, 내부반송율 200%, 슬러지반송율 100%.
- 1 및 Table 1과 같으며 , 겸용조는 무산소조로 이용하였다. Pilot plant 유입 수는 국내 J하수처리 장 유입 수를 이 용하였으며, 유량은 32mVd, 내부반송율 200%, 슬러지반송율 100%. SRT 17d.
- 본 연구에서 대체 외부탄소원으로 사용된 메셀로스 폐액은 S사의 U공장에서 배출되는 메셀로스 제품생산공정 폐액으로, 메셀로스는 천연고분자인 ceUulose 에 도입한 치환체에 따라 HPMC(hydroxypropyl methyl cellulose), HEMC(hydroxyethyl methyl cellulose), MC(methyl cellulose)로 구성되어 있다. 수용성 고분자인 메셀로스는 건축, 페인트, 화학산업, 의약품 둥 다양한 분야에서 증점 (thickening), 유화 (emulsification), 분산(dispersion), 현탁(suspension), 보수성 (water retention), 우수한 작업 성 (workability) 등이 요구되는 공정 중에 주첨가제로 사용되는 고기능 정밀화학 제품이다.
- 수용성 고분자인 메셀로스는 건축, 페인트, 화학산업, 의약품 둥 다양한 분야에서 증점 (thickening), 유화 (emulsification), 분산(dispersion), 현탁(suspension), 보수성 (water retention), 우수한 작업 성 (workability) 등이 요구되는 공정 중에 주첨가제로 사용되는 고기능 정밀화학 제품이다. 본 연구에서 적용한 메셀로스 폐액은 분말활성탄으로 hemicellulose를 제거한 것을 사용하였으며 , 성 상은 Table 3과 같이 pH는 평균 10.4로 알칼리성을 띠고 있으며, TCOD&가 평균58, 846mg/l. SCODc/TCODCr-gr 0.
- MLSS 3, 400mg/L이었으며 , 이때 운전온도는 18-25℃ 범위였다. 탈질을 위한 전무산소 조와 후무산소조 전단에 외부탄소원으로 효율이 확인된 메셀로스페액을 주입하였으며, 탄소원 주입량과 전/후무산소조 주입하였다(부산광역시. 2002). 모델에 적용된 pUot plant 유입 및 유출수질은 Table 2와 같으며 .
이론/모형
- 또한 운전조건 및 유입수 조건을 보정하는 것 외에동력학계수 및 양론계수를 Nelder-Mead의 다변수 함수의 극소값을 구하기 위한 Simplex법에 의해 추정을 하였으며, 이 방법은 동력학계수 및 양론계수 추정을 위해 GPS-X 프로그램에서 사용하고 있다. 변수가 두 개인 경우에 심플렉스는 삼각형이고, 삼각형의 세 꼭지점에서 구한 함수값을 비교하여 탐색을 진행한다.
- 시뮬레이션에서 활성 슬러지 모델의 파라미터를 추정하기 위한 최적화 방법은 GPS-X에 포함된 Nelder-Mead Simplex 방법에 의해 수행되 었으며 , 비용함수에 포함된 Composit항은 다음과 같이 계산되었다 (Nelder et al., 1965).
성능/효과
- GPS-X 모델을 이용하여 pilot plant 운전조건에 대해 시뮬레이션한 결과 실제 유출수 농도와 다소의 차이를 나타내고 있으나 반응조의 DO를 보정하고동력학계수 및 반응계수를 추정하여 시뮬레이션한 결과 pilot plant 운전자료와 유사하게 모사하였다. 이 때 반응조(전무산소조, 호기조 1, 호기조 2, 후무산소조. 탈기조)의 용존산소 농도는 각각 0.25, 1.58, 1.76, 0.42, 1.49mg/L로 운전하는 것이 적절한 것으로 나타났으며 또한 추정된 동력학계수 및 반응계수는 각각 JWut "/day, KF, KA 10gCOD/m3, 匕 1.5/day, bH 0.3/day, Yh 0.78이었다.
- . 동력학계수 및 반응계수에 대한 민감도 계수를 분석한 결과 Yh는 질산성질소에 대해 132, 隔aut는암모니아성질소에 대해 L98로 주요 인자 중에서 가장 민감도가 크게 나타났다. 또한 Yh값이 작을수록탈질율은 커지고, 片mur값이 커질수록 질 산화 속도는 커져서 전체적으로 질소제거 효율이 증가하는 것으로 나타났다.
- Table 11에 제시되어 있는 각 시뮬레이션 경우에 대한 유출수질을 비교하면 T- P를 제외하고는 추정된 파라미터를 사용하여 시뮬레이션한 결과가 DO를 조정하여 시뮬레이션한 결과보다 조금 높게 나타났지만, 두 경우의 유출수질은 전체적으로 유사하였다. Fig. 5에 제시되어 있는 각 반응조의 농도에 있어서도 NH『N의 농도는 두 가지 시뮬레이션의 경우에 있어 매우 유사하였고, no3--n 의 농도는 추정한 파라미터를 사용하여 시뮬레이션한 결과가 다소 높게 나타났다.
- Pilot plant에서 메셀로스폐액을 주입하지 않았을 경우 (C/N = 2.73) 유출 T-N의 농도가 방류수 수질기준인 20mg/L를 상회하므로 외부탄소원의 주입이 필수적이며, 메셀로스폐액을 주입하였을 경우(C/N = 6.73) 유출 T-N이 6.3mg/L로 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다. 우리나라 하수처리장의 C/N 비에 따라 모델링한 결과와 비교해보면 C/N 비가 높아질수록 T-N의 제거효율이 높아지는 것을 알 수 있다.
- 93으로 높게 나타났다. TSS는 평균 162mg/l, T-N 성분도 평균 19mg/l 로 유기물 농도에 비해 상대적으로 낮게 분석되었다.
- 각 수질농도 항목의 변화율을 동력학계수 및 반응계수의 변화율로 나눈 값을 민감도로 적용하였으며, Table 14에 제시한 것처럼 外는 총질소 및 질산성 질소에서 각각 0.91, 132, 国aut값은 총질소 및 암모니아성질 소에서 각각 1.385, 1.978로 민감도 계수가 큰 것으로 나타났다.
- 동력학계수 및 반응계수에 대한 민감도 계수를 분석한 결과 Yh는 질산성질소에 대해 132, 隔aut는암모니아성질소에 대해 L98로 주요 인자 중에서 가장 민감도가 크게 나타났다. 또한 Yh값이 작을수록탈질율은 커지고, 片mur값이 커질수록 질 산화 속도는 커져서 전체적으로 질소제거 효율이 증가하는 것으로 나타났다.
- Table 7에 나타내었다. 모델링 결과 유출수의 CODCr, T-N, NHJ-N 농도는 각각 Ⅲ.7mg/L. ll.
- 현재 운전조건처럼 무산 소조에서 DO 농도가 높게 유지된다면 반응조 운전조건에 따라서 탈질율이 저하되어 유출수의 질소 농도가 높아질 가능성이 모델링 결과로부터 도출되었다. 모델링 결과 질산화 반응은 현재 운전조건에서 안정적으로 유지되고 있지만, 탈질효율은 낮게 나타나 무산소 조의 DO 농도 등 운전조건의 조절이 필요한 것으로 판단된다.
- 탈질반응에 있어서는 다소간 차이를 보였다. 반응조별로 NOf-N 농도는 전반적으로 모델링 결과가 높게 나타났으며. 현재 운전조건처럼 무산 소조에서 DO 농도가 높게 유지된다면 반응조 운전조건에 따라서 탈질율이 저하되어 유출수의 질소 농도가 높아질 가능성이 모델링 결과로부터 도출되었다.
- 시뮬레이션은 수처리 공정에 대한 전반적인 이해를 넓히는 중요한 부분으로 자리 잡고 있다. 시뮬레이션 도구의 특징은 유기물 제거, 질산화, 탈질, 탈인 등 영양염류 거동의 파악이 가능하며, 하수량, 유입수질의 영향과 운전조건 (SRT, MLSS. RAS 등) 등에 따른 운전특성도 또한 파악할 수 있다. Modi£cation을 통해 다양한 고도처리공법을 적용하여 설계인자를 도출함으로서 운전상의 문제점을 예측할 수 있다.
- 3mg/L로 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다. 우리나라 하수처리장의 C/N 비에 따라 모델링한 결과와 비교해보면 C/N 비가 높아질수록 T-N의 제거효율이 높아지는 것을 알 수 있다. 그러나 C/N 비가 10.
- 이러한 결과는 질소형태별로 C/N 비에 따른 유출수의 질소농도를 비교해보면 즉, C/N 비가 6.73 이상으로 탄소원 주입량이 증가되어도 유출수의 NOf-N 농도가 높으므로 전체적인 유출수 T-Ne 크게 감소하지 않는 사실에서 확인할 수 있다. C/N 비가 충분하여도 운전조건이나 반웅조 여건 둥 탈질효율 자체에 한계가 있으므로 안정적이고 효율적인 탈질을 위해 적절한 CN 비를 유지하기 위한 탄소원 공급만이 필요하다는 것을 알 수 있다.
- 이러한 함수식으로 추정되는 유출수의 T-N 농도를 유지하기 위한 C/N 비와 질소제거율의 관계를 보면, 현행 방류수 수질기준온 T-N20mg/L이며, 본 연구에서와 같이 유입질소가 36.9mg/L일 때 이 기준을 만족하기 위해서는 CCN 비가 약 2.7, 질소제거율은 50% 정도가 필요하다. 그러나 수질기준이 점차 강화되고 있으며 , 안정적인 유출수질 유지를 위해서는 유출 T- N이 10~15mg/L 이하로 처리되어야 하며, 이때의 유입 하수의 ON 비는 4.
- Table 15에 나타낸 것처럼 瑶값이 작 아질수록 탈질속도가 커지는 경향을 나타내었다. 즉, 瑶값이 작아질수록 탈질속도가 커지고 반응조 유출수의 NO, --N 제거효율은 향상되는 것으로 판단된다. 이와 같이 Yh값이 작아질수록 탈질속도가 커지는 이유는 탈질반응에 관련된 NOj-N 값의 변화가 1/Yh 에 비 례하므로 Yh값이 작아질수록 NO「N의 변화량이 커지기 때문인 것으로 판단된다.
- 82가 적당하다. 즉, 적 정 C/N 비에 따른 질소 제거효율은 BOD/T-N 비 에 따라 질소제거효율을 4개 등급으로 분류하였을 때, BOD/T-N 비가 5 이상 유지해야 하며 이때 질소 제거효율이 우수하다고 제안한 Grady 및 Daigger의 결과와 유사하게 나타났다(Grady etal., 1999).
- 1. 질소제거율은 50% 정도가 필요하나 안정적인 유출수질 확보를 위해서는 T-N을 10~15mg/L 이하로 유지해야 하며, 이때 적절한 CC0 비는 4.27~6.82인 것으로 나타났다.
- 반응조별로 NOf-N 농도는 전반적으로 모델링 결과가 높게 나타났으며. 현재 운전조건처럼 무산 소조에서 DO 농도가 높게 유지된다면 반응조 운전조건에 따라서 탈질율이 저하되어 유출수의 질소 농도가 높아질 가능성이 모델링 결과로부터 도출되었다. 모델링 결과 질산화 반응은 현재 운전조건에서 안정적으로 유지되고 있지만, 탈질효율은 낮게 나타나 무산소 조의 DO 농도 등 운전조건의 조절이 필요한 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.