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문제 정의
- 6,9) 유기물의 생물 흡착의 원리는 정전기적 상호작용이나 소수성 상호작용이 그 원인으로 설명되고 있으나10) 중금속의 생물흡착에 비해 작용기작이나 관련내용이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 먼저 회분식 활성슬러지 흡착실험을 통해 미생물의 유기물질 흡착특성에 따른 적정 접촉시간을 파악하고, 흡착된 유기물질을 전자공여체로 이용한 탈질반응의 가능성에 대하여 살펴보고자 한다. 이를 바탕으로 접촉공정과 연속회 분식 반응조가 조합된 접 촉조 결 합형 연속회 분식 반응조를 제안하여 저부하 국내하수를 대상으로 생물학적인 질소 제거공정으로서의 가능성을 확인하는데 목적을 두고 있다.
- 따라서 본 연구에서는 먼저 회분식 활성슬러지 흡착실험을 통해 미생물의 유기물질 흡착특성에 따른 적정 접촉시간을 파악하고, 흡착된 유기물질을 전자공여체로 이용한 탈질반응의 가능성에 대하여 살펴보고자 한다. 이를 바탕으로 접촉공정과 연속회 분식 반응조가 조합된 접 촉조 결 합형 연속회 분식 반응조를 제안하여 저부하 국내하수를 대상으로 생물학적인 질소 제거공정으로서의 가능성을 확인하는데 목적을 두고 있다.
제안 방법
- 11) 분석시모든 시료는 GF/C 여지로 여과한 후 즉시 분석하였으며, 24시간이상 보관 시에는 0.1 N 황산 1 mL를 첨가한 후 냉장 보관하였다. 음이온 성분의 분석은 이온크로마토그래피 (DX-120 System, lonpac AS4A-SC, ASRS-H, DIONEX)를 이용하였다.
- 연구의 범위는 제안된 공정의 실하수를 대상으로 질소 제거 가능성을 확인데 목적을 두었으므로 대표적인 운전시간인 8시간을 1주기로 하였고, 포기 및 비포기 비도 1 : 1을 적용하였다. 구체적으로 1주기는 혐기성기 1시간, 포기 및 비포기 6시간(1시간 간격), 침전 및 배출이 각 0.5시간으로 구성되었고, 슬러지반송률은 100%로 운전되었다. 실험실 규모의 반응조이므로 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위해 SRT가 아닌 MLVSS 를 기준으로 2,700 mg/L를 유지하도록 미생물량을 조절하였다.
- 낮은 유기물부하의 하수에서 질소를 효율적으로 처리하기 위해 활성슬러지 생물흡착에 근거한 접촉조 결합형 연속회분식 공정을 제안하여 실험하였다. 회분식 흡착실험을 통해 적정 접촉시간 선정과 흡착된 유기물의 탄소원 활용 가능성을 확인하였고, 연속운전을 통한 유기물 및 고형물 제거율은 각 TCOD 88%, SCOD 89% 및 SS 93%를 나타내었다.
- 이하로 약 93%의 제거율을 보이며 안정적으로 유출되었다. 또한 운전기간 중 평균 SVI도 70 이하로 유지되어 안정된 슬러지 침전성을 뒷받침하였다. 따라서 연속적인 원수 유입과 반송슬러지 흐름이 침전 및 배출기간 동안에도 효율적으로 제어됨을 확인하였다.
- 반응시간에 따른 유기물질의 농도를 측정하여 활성슬러지에 대한 유기물질의 흡착량 및 비흡착량을 산정하였다. Shin 등12)의 연구에 따르면 흡착량 및 비흡착량은 다음과 같이 표현된다.
- 5시간으로 구성되었고, 슬러지반송률은 100%로 운전되었다. 실험실 규모의 반응조이므로 미생물 농도를 일정하게 유지하기 위해 SRT가 아닌 MLVSS 를 기준으로 2,700 mg/L를 유지하도록 미생물량을 조절하였다.
- 운전 주기는 8시간을 1주기로 하루 3주기 운전되었다. 연구의 범위는 제안된 공정의 실하수를 대상으로 질소 제거 가능성을 확인데 목적을 두었으므로 대표적인 운전시간인 8시간을 1주기로 하였고, 포기 및 비포기 비도 1 : 1을 적용하였다. 구체적으로 1주기는 혐기성기 1시간, 포기 및 비포기 6시간(1시간 간격), 침전 및 배출이 각 0.
- 1 N 황산 1 mL를 첨가한 후 냉장 보관하였다. 음이온 성분의 분석은 이온크로마토그래피 (DX-120 System, lonpac AS4A-SC, ASRS-H, DIONEX)를 이용하였다.
- 접촉시간 30분에서의 유기물질 흡착률은 약 64%로 나타났으며, 접촉시간을 1시간으로 늘려도 약 8%의 추가효율을 얻는데 그쳤다. 이를 바탕으로 이후 연속운전에서는 접촉부의 체류시간을 30분으로 설정하였다. 수행된 실험결과를 Table 2에 정리하면 실하수 및 합성폐수의 활성슬러지 흡착실험에서 30분에서의 유기물질 흡착량 x는 각 60.
- 1에 나타낸 운전 개념도와 같이 유입은 침전 및 배출기간에도 연속적으로 이루어졌으며, 주반응조는 배출이후 수위 조정기를 거쳐 간헐 포기방식으로 포기와 교반을 시켜주었다. 이후 침전 및 배출을 하는 연속회 분식 반응조의 운전방법 을 적 용하였다. 운전 주기는 8시간을 1주기로 하루 3주기 운전되었다.
- 전반부에 접촉조를 설치하여 반응조로부터 연속적으로슬러지를 반송시켜 원수와 접촉시킨 후 상향류로 유입시켰다. 접촉부의 체류시간은 0.
- 슬러지 배양에 사용된 하수 및 회분식 실험의 유입수로 이용된 하수 및 합성폐수의 성상은 Table 1에 나타낸 바와 같다. 합성폐수의 경우 먼저 글루코스와 암모니아를 함유한 합성폐수를 준비된 슬러지와 함께 플라스크에 넣고, 반응시간에 따른 용존 유기물질의 거동을 SCOD 농도로 측정하였다. 흡착된 유기물질을 이용한 탈질반응의 효율을 파악하기 위하여 흡착반응과 침전과정을 거친플라스크의 상등액을 질산염 (30 mg NO3N/L) 용액으로 대체하여 탈질효율을 측정하였다.
- 합성폐수의 경우 먼저 글루코스와 암모니아를 함유한 합성폐수를 준비된 슬러지와 함께 플라스크에 넣고, 반응시간에 따른 용존 유기물질의 거동을 SCOD 농도로 측정하였다. 흡착된 유기물질을 이용한 탈질반응의 효율을 파악하기 위하여 흡착반응과 침전과정을 거친플라스크의 상등액을 질산염 (30 mg NO3N/L) 용액으로 대체하여 탈질효율을 측정하였다. 각 회분식 실험에서 반응용액의 MLVSS 농도는 약 2,700 mg/L를 유지하였다.
대상 데이터
- 생물흡착 실험에 사용된 슬러지는 도시하수처리시설의 반송슬러지로부터 채취하였으며, 잔류 유기물 및 질소화합물등의 영향을 최소화하기 위하여 2시간이상 미리 포기시킨 후탈이온수로 2회 세척하여 실험에 이용하였다. 실험은 상온 (18〜20℃)에서 회분식으로 진행되었으며, 공기의 유입을 막기 위해 실리콘.
이론/모형
- COD, SS, ammonia nitrogen, TKN, T-P, pH 그리고 SVI 등의 분석은 Standard Methods에 따라 분석하였다.11) 분석시모든 시료는 GF/C 여지로 여과한 후 즉시 분석하였으며, 24시간이상 보관 시에는 0.
성능/효과
- 회분식 흡착실험을 통해 적정 접촉시간 선정과 흡착된 유기물의 탄소원 활용 가능성을 확인하였고, 연속운전을 통한 유기물 및 고형물 제거율은 각 TCOD 88%, SCOD 89% 및 SS 93%를 나타내었다. SVI도 70 수준으로 유지됨으로서 하수가 연속적으로 유입됨에도 불구하고 안정적인 처리수질을 보여주었다. 질소 제거는 유입 TCOD/TKN 비가 4.
- 정상상태에 도달한 후 유출 TCOD 및 SCOD 농도는 각 25, 10 mg/L 이하로 유지되었으며, 이때의 제거율은 각 88% 및 89%를 달성하였다. 결과적으로 연속 접촉 회분식 공정의 특성상 침전 및 배출기에도 하수가 연속적으로 유입됨에도 불구하고 유출수내의 유기물 농도를 안정적으로 유지할 수 있었다.
- 추진해 왔다. 그 결과 1976년 4%에 불과했던 하수도보급률은 2003년 말 기준 78.8%까지 향상되었다. 그러나 이러한 양적인 증가에도 불구하고 수질오염은 크게 개선되지 않고 있으며, 오히려 심화되어가고 있는 곳도 있는 실정이다.
- 또한 운전기간 중 평균 SVI도 70 이하로 유지되어 안정된 슬러지 침전성을 뒷받침하였다. 따라서 연속적인 원수 유입과 반송슬러지 흐름이 침전 및 배출기간 동안에도 효율적으로 제어됨을 확인하였다. 이는 본 시스템의 전반부에 설치한 접촉부가 일종의 선택조 (selector) 역할을 함으로써 사상성 미생물의 제어가 쉽고, 따라서 벌킹 등 슬러지 침전성에 관한 인자들의 제어에 효과적이었다고 유추할 수 있다.
- 7 g as MLVSS이었다. 따라서 유기물질의 비흡착량으로 각 22.3 및 61.3 mg SCOD/g MLVSS를 얻을 수 있었다.
- 53 mg/L와 근사한 값을 나타내고 있다. 또한 단위미생물이 하루 동안 제거하는 질산성-질소의 양은 0.03 g NCh-N/g MLVSS · d로 나타났는데, 결과적으로 Randall 등 보고와 같이 질산성-질소를 탈질시키는데 소모되는 COD의 양이 증가하면 비탈질속도는 감소하는 경향을 나타내었다.
- 3 범위로 저농도 국내하수의 전형적인 특징을 보이고 있다. 운전초기 낮은 질산화 속도로 인해 총질소 제거율이 전반적으로 낮게 유지되었으나, 운전 15일 이후총질소 농도는 36-43 mg/lS에서 15 mg/L 내외로 감소하여 60〜70%의 총질소 제거율을 얻을 수 있었다. 유출내의 질산성-질소 농도는 약 5 mg/L로 잔류하였다.
- 2에 활성슬러지의 유기물질 비흡착량을 나타내었다. 유기물질 초기농도가 약 100 mg SCOD/L인 실하수를 대상으로 시간에 따른 SCOD 농도변화를 살펴본 결과 접촉시간 30 분에서 61.2%의 흡착률을 나타냈으며, 이후에는 SCOD 농도변화가 거의 없었다. 유기물질 초기농도 약 260 mg SCOD/L인 합성폐수의 경우 접촉시간 30분까지 유기물질의 활발한 흡착반응이 진행되었고, 30분경과 후부터 반응속도가 둔화되었다.
- 유출내의 질산성-질소 농도는 약 5 mg/L로 잔류하였다. 유입수의 TCOD/TKN 비와 총질소 제거율과의 상관관계를 도출한 결과, TCOD/ TKN 비가 증가할수록 비례적으로 총질소 제거율이 향상됨을 확인하였고, TCOD/TKN 비가 6 이상에서 질소제거율이 높아짐을 알 수 있다(Fig. 4). 결과적으로 제안된 본 공정에서보다 적정한 포기/비포기 반응시간을 통해 질산화율을 향상시키는 도모하는 것과 원수 특성에 따른 세밀한 공정운영에따라 접촉부를 통해 유입원수와 접촉한 슬러지가 반송흐름내의 질산성-질소를 효율적으로 탈질 함으로써 질소제거 효율이 개선될 여지가 있음을 시사하고 있다.
- 유입원수의 SS 농도는 60~80 mg/L이었고, 유출수에는 5 mg/L 이하로 약 93%의 제거율을 보이며 안정적으로 유출되었다. 또한 운전기간 중 평균 SVI도 70 이하로 유지되어 안정된 슬러지 침전성을 뒷받침하였다.
- 유기물질 초기농도 약 260 mg SCOD/L인 합성폐수의 경우 접촉시간 30분까지 유기물질의 활발한 흡착반응이 진행되었고, 30분경과 후부터 반응속도가 둔화되었다. 접촉시간 30분에서의 유기물질 흡착률은 약 64%로 나타났으며, 접촉시간을 1시간으로 늘려도 약 8%의 추가효율을 얻는데 그쳤다. 이를 바탕으로 이후 연속운전에서는 접촉부의 체류시간을 30분으로 설정하였다.
- 3에 나타내었듯이 연속운전 기간동안 유입하수의 TCOD는 150-270 mg/L, SCOD는 50-100 mg/L, SS는 60-80 mg/L 범위로 유입되었다. 정상상태에 도달한 후 유출 TCOD 및 SCOD 농도는 각 25, 10 mg/L 이하로 유지되었으며, 이때의 제거율은 각 88% 및 89%를 달성하였다. 결과적으로 연속 접촉 회분식 공정의 특성상 침전 및 배출기에도 하수가 연속적으로 유입됨에도 불구하고 유출수내의 유기물 농도를 안정적으로 유지할 수 있었다.
- 공정을 제안하여 실험하였다. 회분식 흡착실험을 통해 적정 접촉시간 선정과 흡착된 유기물의 탄소원 활용 가능성을 확인하였고, 연속운전을 통한 유기물 및 고형물 제거율은 각 TCOD 88%, SCOD 89% 및 SS 93%를 나타내었다. SVI도 70 수준으로 유지됨으로서 하수가 연속적으로 유입됨에도 불구하고 안정적인 처리수질을 보여주었다.
- 흡착된 유기물질을 이용한 탈질반응의 효율을 파악하기 위하여 합성폐수를 대상으로 30분 흡착반응 후 침전과정을 거친 플라스크의 상등액을 질산염(30 mg NO3-N/L) 용액으로 대체하여 탈질효율을 측정한 결과 19 mg/L의 NO3-N을 제거할 수 있었다. 즉, 질산성-질소 1 g을 탈질화하는데 유기물질이 약 8.
후속연구
- 4). 결과적으로 제안된 본 공정에서보다 적정한 포기/비포기 반응시간을 통해 질산화율을 향상시키는 도모하는 것과 원수 특성에 따른 세밀한 공정운영에따라 접촉부를 통해 유입원수와 접촉한 슬러지가 반송흐름내의 질산성-질소를 효율적으로 탈질 함으로써 질소제거 효율이 개선될 여지가 있음을 시사하고 있다.14)
- d로 측정되었다. 이를 바탕으로 공정의 운전주기를 상황에 따라 응용할 경우 질소제거율의 향상과 슬러지 침전성을 안정적으로 유지할 수 있을 것으로 기대된다.
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