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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 비개질 담체를 충진한 혐기조 및 무산 소조와 개질 담체를 충진한 호기조로 구성된 새로운 오수처리공정에서 이러한 RBDCOD를 외부탄소원이 아닌 오수 자체를 혐기조와 무산소조로 분할하여 주입하여 성능실험을 수행한 후 원수 분배율에 따른 유기물 및 T-N의 제거 특성에 대해 연구하였다.
- 본 연구는 고정 생물막을 이용한 혐기/무산소/호기 공정으로 구성된 반응기에서 폴리에틸렌 재질의 표면을 이온빔으로 조사하여 소수성 표면을 친수성으로 만든 표면개질담체를 호기 조의 여재로 사용하고 혐기/무산소조의 여재로는 표면 개질을 하지 않은 담체를 사용하여, 외부 탄소원 대신 원수 내의 RBDCOD를 탄소원으로 이용하고자 혐기조와 무산 소조에 원수를 분할 주입하였을 때 나타나는 유기물 및 T-N 제거 특성을 알아보았다. 혐기/무산소조로의 원수 분배율이 각각 10 : 0, 9 : 1, 8 : 2, 6 : 4로 설정하였으며, 각각의 분배율에 대하여 93.
제안 방법
- 완전 정상상태가 된 후 혐기조/무산소조의 원수 분배율을 10 : 0, 9 : 1, 8 : 2, 6 : 4로 변화시켜 3일에 한 번씩 샘플링을 하여 원수 분배율에 따른 탈질 및 유기물 제거 효과를 관찰하였다. 그리고 분배율 조건을 바꿀 경우, 역세를 행하고 3일간 적응기를 거치게 한 후 실험을 진행하였다. 본연구에 사용된 원수의 전체 성상은 Table 1과 같다.
- 또한 DO가 2 mg/L 이하로 떨어지면 질산화작용에 커다란 영향을 주므로 이보다 높은 용존산소를 유지해야 한다. 따라서 본 연구에서는 호기조에서 원활한 유기물 및 질소제거를 위하여 3.8~7.3 mg/L의 농도 범위를 유지하였으며, 평균 DO는 5.8 mg/L를 보여주어 유기물 제거 및 질산화에 필요한 DO를 공급하였다.
- 본 연구에 사용된 원수는 S대학교 학생식당에서 발생하는 오수를 사용하였으며, 부하 변동이 너무 심할 경우 비교하기가 곤란하므로 COD&을 기준으로 임의로 300-600 mg/L가 되도록 농도를 조절하였다.
- 쉬트를 이용하여 해석하였다. 실험 항목 중 pH, 온도, DO, ORP는 바로 측정하였으며 온도는 수은온도계를 사용하고, pH, DO, ORP는 pH meter (ORION Model 290A), DO meter (YSI 55), ORP meter (Orion 250A)를 사용하였다. 생물화학적 산소요구량 (BOD)은 수질오염공정시험방법(8)에 의하여 5일 배양한 시료의 DO 차이로부터 측정하였으며 이를 위해 DO meter (YSI Model 58)을 사용하였다.
- 또한 실내 에어콘으로 온도조절을 하여, 수온을 20 ± 2 ℃ 로 유지하였다. 완전 정상상태가 된 후 혐기조/무산소조의 원수 분배율을 10 : 0, 9 : 1, 8 : 2, 6 : 4로 변화시켜 3일에 한 번씩 샘플링을 하여 원수 분배율에 따른 탈질 및 유기물 제거 효과를 관찰하였다. 그리고 분배율 조건을 바꿀 경우, 역세를 행하고 3일간 적응기를 거치게 한 후 실험을 진행하였다.
- 운전초기에는 HRT를 약 20시간으로 조정하여 운전하고, 5 일간 미생물 식종을 실시 (W시 하수처리장 포기조 슬러지를 사용하였고, 약 30일간 미생물이 정상화될 때까지 운전하였다. 그 후 체류시간을 본 반응기에 적합한 12 hr로 하였으며 호기 조에서 무산소조로의 반송 (Qr/Qi)은 1.
- 혐기조와 무산소조로 유입되는 원수는 정량펌프를 사용하여 일정하게 공급하였으며, 호기조는 정량공기펌프를 사용하여, 호기조에 약 1.5 L/min으로 공기가 공급되도록 하였다.
대상 데이터
- 충진 여재는 지름 약 15 mm, 길이 25 mm 정도의 폴리에틸렌 계열의 원통형으로 제작하였으며, 각 반응조별 여재 충진율은 반응조 부피의 70% 로 하였다. 담체 충진부 부분의 시료를 채취하기 위해 여재충진부의 중간지점에 시료채취 구를 설치하였다.
- 본 연구는 혐기/무산소/호기 (Ananerobic/Anoxic/Oxic) 반응조를 사용하였으며, 그 구성은 Fig. 1에 나타내었다. 반응조는 아크릴 재질로 제작하였으며, 컬럼형으로 제작 설치하였다.
- 개질 여재를 사용하였다. 충진 여재는 지름 약 15 mm, 길이 25 mm 정도의 폴리에틸렌 계열의 원통형으로 제작하였으며, 각 반응조별 여재 충진율은 반응조 부피의 70% 로 하였다. 담체 충진부 부분의 시료를 채취하기 위해 여재충진부의 중간지점에 시료채취 구를 설치하였다.
- 혐기/무산소조에서는 혐기성, 탈질 미생물에 적합한 비 개질 여재를 사용하였으며, 호기조에서는 호기성, 질산화 미생물에 적합한 개질 여재를 사용하였다. 충진 여재는 지름 약 15 mm, 길이 25 mm 정도의 폴리에틸렌 계열의 원통형으로 제작하였으며, 각 반응조별 여재 충진율은 반응조 부피의 70% 로 하였다.
데이터처리
- 실험 후 분석 수집된 자료는 Microsoft excel PC용 스프레드 쉬트를 이용하여 해석하였다. 실험 항목 중 pH, 온도, DO, ORP는 바로 측정하였으며 온도는 수은온도계를 사용하고, pH, DO, ORP는 pH meter (ORION Model 290A), DO meter (YSI 55), ORP meter (Orion 250A)를 사용하였다.
이론/모형
- 화학적 산소요구량 (COD&) 은 Standard Method(9) 에 의한 중크롬산 칼륨법을 사용하였고, 총질소 (T-N) 및 총인 (T-P)은 수질오염공정시험방법(8)에 의하여 자외선 흡광광도법과 아스코르빈산 환원법을 이용하여 측정하였다. NH4+-N, NOj-N, NCh'Ne Standard Method(9)에 의한 방법을 사용하였으며 Alkalinity는 수질오염공정시험방법(8)에의한 적정방법을 사용하였다.
- 생물화학적 산소요구량 (BOD)은 수질오염공정시험방법(8)에 의하여 5일 배양한 시료의 DO 차이로부터 측정하였으며 이를 위해 DO meter (YSI Model 58)을 사용하였다. 부유물질 (SS) 농도는 수질오염공정 시험방법(8)에 의하여 유리섬유여 지법으로 측정하였다. 화학적 산소요구량 (COD&) 은 Standard Method(9) 에 의한 중크롬산 칼륨법을 사용하였고, 총질소 (T-N) 및 총인 (T-P)은 수질오염공정시험방법(8)에 의하여 자외선 흡광광도법과 아스코르빈산 환원법을 이용하여 측정하였다.
- 실험 항목 중 pH, 온도, DO, ORP는 바로 측정하였으며 온도는 수은온도계를 사용하고, pH, DO, ORP는 pH meter (ORION Model 290A), DO meter (YSI 55), ORP meter (Orion 250A)를 사용하였다. 생물화학적 산소요구량 (BOD)은 수질오염공정시험방법(8)에 의하여 5일 배양한 시료의 DO 차이로부터 측정하였으며 이를 위해 DO meter (YSI Model 58)을 사용하였다. 부유물질 (SS) 농도는 수질오염공정 시험방법(8)에 의하여 유리섬유여 지법으로 측정하였다.
- 부유물질 (SS) 농도는 수질오염공정 시험방법(8)에 의하여 유리섬유여 지법으로 측정하였다. 화학적 산소요구량 (COD&) 은 Standard Method(9) 에 의한 중크롬산 칼륨법을 사용하였고, 총질소 (T-N) 및 총인 (T-P)은 수질오염공정시험방법(8)에 의하여 자외선 흡광광도법과 아스코르빈산 환원법을 이용하여 측정하였다. NH4+-N, NOj-N, NCh'Ne Standard Method(9)에 의한 방법을 사용하였으며 Alkalinity는 수질오염공정시험방법(8)에의한 적정방법을 사용하였다.
성능/효과
- 1%로 가장 낮은 수치를 나타내었다. T-N 제거율은 9 : 1의 분배율로 분할하였을 때가 67.4%로 가장 제거 효율이 높았으며, 분배율 10 : 0, 8 : 2 경우는 각각 61.3%, 60.7%로 비슷한 경향을 보였으나 분배율을 6 : 4로 하였을 때는 55.5%의 제거율을 나타내 분배율 9 : 1의 경우와는 약 12%의 차이를 보였다. 또한 10 : 0, 9 : 1, 8 : 2의 분배율에서는 질산화가 거의 비슷한 수준으로 발생하였지만, 6 : 4로 주입하였을 경우에는 질산화의 저해가 나타나고, 방류수 중의 대부분의 질소 성분이 암모니아 성분으로 방류되었다.
- 각 비율에 대하여 자세히 살펴보면, 혐기조/무산소 조로의 분배율이 10 : 0이었을 때의 원수의 암모니아 농도 범위는 17.5-40.0 mg/L, 평균 34.6 mg/L이었으며, 처리수의 농도 범위는 2.4~4.0 mg/L로서 평균 3.6 mg/L, 그리고 제거율은 평균 89.6%를 나타내었다. 분배율을 9 : 1로 유지하였을 때 원수의 농도 범위는 36.
- 각 조건별 데이터를 살펴보면, 혐기조/무산소조로의 분배율이 10 : 0의 경우 원수의 농도 범위는 232.0~543.0 mg/L, 평균 435.0 mg/L이었으며, 처리수의 농도 범위는 57.2-70.4 mg/L로서 평균 57.2 mg/L, 그리고 처리효율은 평균 86.8%를 나타내었다. 또한 분배율이 9 : 1로 되었을 때 원수의 농도 범위는 274.
- 이는 혐기조 내의 미생물들이 쉽게 분해 가능한 유기물을 먼저 이용하기 때문이다. 그 결과 무산 소조 내의 미생물이 이용할 수 있는 쉽게 분해가능한 탄소 원이 부족하여 탈질에 영향을 줄 수 있다.
- 이러한 pH 조건은 탈질이 이루어지기에 최적의 조건 (약 알칼리성)은 아니지만, 저해할 만한 수준으로 떨어지거나 높아지지는 않는 모습을 보였다. 또한 반응기를 거친 최종 처리수의 pH는 6.38~7.67의 범위이며 평균 7.12로서 방류하는데 이상적인 pH 범위를 나타내었다. 이처럼 처리 수의 pH가 증가하는 이유는 질산염에서 질소가스로의 변환 도중 알칼리도가 생성되어(10) pH가 상승되는 이유이라 생각되어진다.
- 또한 생물 막 공법는 슬러지 연령이 길고, 슬러지의 자기 산화가 촉진되기 때문에 잉여슬러지량이 부유성장식 공법에 비해 매우 적고, 미생물이 담체에 부착되어 있으므로 미생물 종이 다양하게 출현하며, 유지관리가 쉽고, 생물막을 형성하고 있는 미생물들이 호기성, 임의성, 혐기성 미생물이 공존하는 특성을 보이며, 미생물이 담체에 고정되므로 반응기 내의 미생물 농도를 높게 유지할 수 있어 효과적인 처리효율을 기대할 수 있다는 장점이 있다(4). 이러한 장점들로 인하여 생물막을 이용한 수처리 공법은 활성슬러지 공법을 대체할 신공법으로 그 입지를 굳히고 있다.
- 5 mg/L을 보여주었다. 마지막으로 분배율을 6 : 4까지 낮추었을 경우 원수의 농도 범위는 0.2~0.6 mg/L, 평균 0.4 mg/L이었으며, 처리수의 농도 범위는 2.4~3.4 mg/L로서 평균 3.0 mg/L을 나타내었다.
- 4%를 나타내었다. 마지막으로 분배율을 6 : 4까지 낮추었을 경우 원수의 농도 범위는 116.1 ~288.0 mg/L, 평균 185.4 mg/L이었으며, 처리수의 농도 범위는 5.6-20.9 mg/L로서 평균 15.2 mg/L, 그리고 처리효율은 평균 91.6%를 나타내었다.
- 9%를 나타내었다. 마지막으로 분배율을 6 : 4까지 낮추었을 경우 원수의 농도 범위는 23.8-35.5 mg/L, 평균 30.6 mg/L이었으며, 처리수의 농도 범위는 10.8-18.0 mg/L로서 평균 13.4 mg/L, 그리고 제거율은 평균 56.2%를 나타내었다.
- 2%를 나타내었다. 마지막으로 분배율을 6 : 4까지 낮추었을 경우 원수의 농도 범위는 394.1-664.5 mg/L, 평균 508.4 mg/L이었으며, 처리수의 농도 범위는 40.0-72.1 mg/L로서 평균 57.6 mg/L, 그리고 처리효율은 평균 88.7%를 나타내었다.
- 하지만 6:4의 경우 유기물 이용능이 상당히 저조하게 나타났다. 먼저 분배율을 10:0로 하였을 때를 살펴보면 무산 소조까지의 원수의 BOD5 제거율은 68.6 ~90.6%이고 평균 77.0%의 제거율을 보였다. 9:1의 경우 77.
- 1 로서 혐기조가 혐기상태를 유지하는데 도움이 될 수 있는 (-)값을 보였다. 무산소조에서의 ORP는 탈질에 많은 영향을 줄 수 있는데, 분배율10 : 0, 9 : 1, 8 : 2, 6 : 4 경우에 각각 평균 -99.5, -49.0, -60.6, -76.9로서 탈질에 악영향을 줄 수 있는 ORP 값은 나타나지 않았다. 또한 호기조에서 ORP 는 (+)값을 보여 호기조 상태가 정상임을 보여주고 있다.
- 5는 각 분배율에서 혐기/무산소조까지의 BODs의 제거율을 나타낸 것이다. 본 연구에서 나타난 것은 혐기조/무산소조 분배율이 9:1에서 BODs의 제거율(유기물 이용능)이 가장 높게 나타났으며, 10:0과 8:2의 경우는 거의 비슷한 수치를 보여주었다. 하지만 6:4의 경우 유기물 이용능이 상당히 저조하게 나타났다.
- 폐수를 처리할 때의 중요인자중의 하나이다. 본 연구에서는 원수의 온도 범위가 18.5~22.7℃를 보였으며 평균 20.6℃로 본 수온 범위에서는 수온의 -변화가 질화반응에 크게 영향을 주지 않을 것으로 사료된다.
- 6 mg/L을 나타내었다. 분배율을 9 : 1로 유지하였을 때 원수의 농도 범위는 0.5~0.9 mg/L, 평균 0.6 mg/L이었으며, 처리 수의 농도 범위는 7.0-10.3 mg/L로서 평규 8.2 mg/L를 나타내었으며, 원수 분배율을 8 : 2로 하였을 경우, 원수의 농도 범위는 0.2~0.6 mg/L, 평균 0.4 mg/L이었으며, 처리수의 농도 범위는 6.1-10.1 mg/L로서 평균 7.5 mg/L을 보여주었다. 마지막으로 분배율을 6 : 4까지 낮추었을 경우 원수의 농도 범위는 0.
- 분배율을 달리하였을 때의 결과를 살펴보면, 혐기조/무산소 조의 분배율이 10:0이었을 때의 원수의 농도 범위는 76.0~ 390.0 mg/L, 평균 209.8 mg/L이었으며, 처리수의 농도 범위는 8.3-17.2 mg/L로서 평균 12.5 mg/L, 그리고 처리효율은 평균 93.3%를 나타내었다. 분배율이 9 : 1로 되었을 때 원수의 농도 범위는 98.
- 분배율을 달리 하였을 경우 SS 의 제거율도 커다란 변화를 나타내지 않고 거의 일정한 수준을 보여준다. 이러한 결과를 살펴보면, 혐기조/무산소조의 분배율이 10 : 0이었을 경우 원수의 SS 농도 범위는 60.8-400.0 mg/L, 평균 190.6 mg/L이었으며, 처리수의 농도 범위는 2.0~8.0 mg/L로서 평균 6.1 mg/L이며 처리효율은 평균 96.0%를 나타내었다. 분배율이 9 : 1일 경우 원수의 농도 범위는 102.
- 6%의 BOD5 제거율 (유기물의 제거능)을 보였다. 하지만 무산소조까지의 BODs 제거율 (유기물 이용능)은 9 : 1에서 84.8%로 가장 높은 것으로 나타났으며, 분배율 10 : 0, 8 : 2는 각각 77.0%, 75.3%로서 거의 비슷한 수준이었고, 분배율 6 : 4 경우에 61.1%로 가장 낮은 수치를 나타내었다. T-N 제거율은 9 : 1의 분배율로 분할하였을 때가 67.
- 알아보았다. 혐기/무산소조로의 원수 분배율이 각각 10 : 0, 9 : 1, 8 : 2, 6 : 4로 설정하였으며, 각각의 분배율에 대하여 93.3%, 92.6%, 92.4%, 91.6%의 BOD5 제거율 (유기물의 제거능)을 보였다. 하지만 무산소조까지의 BODs 제거율 (유기물 이용능)은 9 : 1에서 84.
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