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논문 상세정보

음식폐기물 응축수를 보조탄소원으로 이용하는 막 결합 생물 응조에서의 질소, 인 제거와 막 오염 특성

Characteristics of Nutrient Removal and Membrane Fouling in a Membrane Bioreactor using Food Waste as an Additional Carbon Source

초록

국내 하수의 낮은 C/N비를 나타내는 특성으로 인하여 질소와 인의 효과적인 제거를 위해서는 추가적인 보조 탄소원의 주입이 필요한 실정이다. 여러 가지 적용 가능한 외부 탄소원 중, 음식폐기물은 다량의 유기물을 함유하고 있어 다양한 전처리를 통하여 하 폐수 고도처리 공정의 외부탄소원으로 이용가치가 높다고 할 수 있다. 본 연구에서는 음식폐기물 고속발효건조 과정에서 발생하는 음식폐기물 응축수를 A/O 공정으로 구성된 막 결합 생물반응조의 외부탄소원으로 적용 가능성에 대해 평가하고 다양한 운전 조건에서의 질소 인 성분의 제거 효율을 살펴보았으며, 막 오염에 영향을 미칠 수 있는 다양한 인자들에 대한 평가를 실시하였다. 실험 결과 무산소 조건에서 0.19 g $NO_3-N/g$ VSS/day의 탈질율을 얻을 수 있었으며 연속운전에서는 음식폐기물 응축수 주입을 통하여 총질소와 인 성분의 제거율을 각각 최대 64%, 41% 향상 시킬 수 있었다. 또한 유입수 유량의 0.5% (vol/vol)의 외부탄소원 주입 조건에서도 효과적인 처리효율을 얻을 수 있었으며, 전체 공정의 수리학적 체류시간 8시간 이상, 무산소조와 호기조의 체류시간은 각각 3시간, 5시간에서 최적의 처리효율을 나타내었다. 실제 생환하수 처리 시, 질소와 인의 제거효율은 증진되었으나 막 결합 생물 반응조 내의 전체 입자의 크기 증가 및 미생물 체외고분자 물질 중 단백질 성분의 증가로 인하여 전체 막 저항 값이 증가하는 경향을 보였으며, 유입수의 고형물질의 조절을 통하여 막 오염을 줄일 수 있었다.

Abstract

Due to the low C/N ratio of domestic wastewater characteristic, addition of external carbon source for the effective N and P removal is necessary. High organic content of food waste can be used for the external carbon source in biological nutrient removal processes, The applicability of condensate of food waste (CFW), which is produced during the high-rate fermentation process, was examined in membrane bioreactor for the nutrient removal. Under the various operating conditions, nutrient removal efficiencies and membrane fouling characteristics were evaluated using synthetic wastewater. From nitrate utilization rate (NUR) test, denitrification rate was 0.19 g $NO_3-N/g$ VSS/day. With the addition of CFW increased, average removal efficiencies of T-N and T-P could be increased up to 64% and 41%, respectively. Also the optimal retention time was 3 hr/5 hr for anoxic/aerobic reactor. When applied to real sewage, membrane fouling resistance was increased up to 60%, which could be reduced from $10.4{\times}10^{12}m^{-1}$ to $5.9{\times}10^{12}m^{-1}$ with the control of influent suspended solid concentration. In summary, it was suggested that CFW could be used as an economical and effective carbon source for membrane assisted biological N and P removal.

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