하.폐수 고도처리시 F/M비 변화에 따른 유기산 잔류 농도가 슬러지 침강성에 미치는 영향 Influence of Organic Acids Residual Concentration by the Change of F/M Ratio on Sludge Settleability in Advanced Sewage Treatment Processes원문보기
생물학적 고도처리는 혐기, 무산소, 호기의 조건을 반복하거나 재배열함으로서 이루어지는데 이때 혐기조와 무산소조에서는 유기산이 발생한다. 여기서 발생한 유기산은 질소와 인의 제거와 슬러지침강성에 중요한 인자로 작용한다. 따라서 본 연구에서는 하 폐수 고도처리 시 F/M비 변화에 따른 유기산의 발생정도와 잔류농도 변화와 기에 따른 유기물과 질소의 제거 특성과 처리효율 및 슬러지 침강성과의 관계를 모색하기 위해 특성을 검토 하였다. 고도처리를 위해 $A^2/O$ 공정을 사용하였고 MLSS의 농도의 변화로 F/M비를 조절하였다. F/M비를 $0.16{\sim}0.08$ kg-BOD/kg-MLSS/day로 변화 시켰을 때 F/M비에 감소에 따라 회분식 반응기에 의한 유기산의 생성량의 증가하였고 잔류 유기산 농도는 감소하였다가 증가하였다. F/M비가 $0.16kg/kg{\cdot}d$ 실험 조건에서 SVI와 SS는 높게 나타났으며 F/M비가 $0.11{\sim}0.13kg/kg{\cdot}d$로 높아짐에 따라 감소하여 양호한 상태를 보이다 F/M비가 증가함에 SVI와 SS도 지속적으로 증가하여 $0.08kg/kg{\cdot}d$에서 높은 SVI와 SS 농도를 나타내었다. 무산소조의 유기산 잔류 농도 그리고 탈질률을 비교한 결과 무산소조의 유기산 잔류량이 적을수록 탈질률은 증가하였다. 슬러지 침강성과 질소 제거효율을 고려한 최적의 유기산 잔류 농도는 $1.4{\sim}2.2$ mg/L이며 이때의 F/M비는 $0.11{\sim}0.13$ kg-BOD/kg-MLSS/day범위로 나타났다.
생물학적 고도처리는 혐기, 무산소, 호기의 조건을 반복하거나 재배열함으로서 이루어지는데 이때 혐기조와 무산소조에서는 유기산이 발생한다. 여기서 발생한 유기산은 질소와 인의 제거와 슬러지침강성에 중요한 인자로 작용한다. 따라서 본 연구에서는 하 폐수 고도처리 시 F/M비 변화에 따른 유기산의 발생정도와 잔류농도 변화와 기에 따른 유기물과 질소의 제거 특성과 처리효율 및 슬러지 침강성과의 관계를 모색하기 위해 특성을 검토 하였다. 고도처리를 위해 $A^2/O$ 공정을 사용하였고 MLSS의 농도의 변화로 F/M비를 조절하였다. F/M비를 $0.16{\sim}0.08$ kg-BOD/kg-MLSS/day로 변화 시켰을 때 F/M비에 감소에 따라 회분식 반응기에 의한 유기산의 생성량의 증가하였고 잔류 유기산 농도는 감소하였다가 증가하였다. F/M비가 $0.16kg/kg{\cdot}d$ 실험 조건에서 SVI와 SS는 높게 나타났으며 F/M비가 $0.11{\sim}0.13kg/kg{\cdot}d$로 높아짐에 따라 감소하여 양호한 상태를 보이다 F/M비가 증가함에 SVI와 SS도 지속적으로 증가하여 $0.08kg/kg{\cdot}d$에서 높은 SVI와 SS 농도를 나타내었다. 무산소조의 유기산 잔류 농도 그리고 탈질률을 비교한 결과 무산소조의 유기산 잔류량이 적을수록 탈질률은 증가하였다. 슬러지 침강성과 질소 제거효율을 고려한 최적의 유기산 잔류 농도는 $1.4{\sim}2.2$ mg/L이며 이때의 F/M비는 $0.11{\sim}0.13$ kg-BOD/kg-MLSS/day범위로 나타났다.
The biological nutrient treatment is formed with repetition and rearrangement of anaerobic, anoxic and oxic tank. In this case, VFAs is generated in the anaerobic tank and the anoxic tank. The VFAs is an important factor for removal of nitrogen and phosphate and SVI. So, in this study I investigated...
The biological nutrient treatment is formed with repetition and rearrangement of anaerobic, anoxic and oxic tank. In this case, VFAs is generated in the anaerobic tank and the anoxic tank. The VFAs is an important factor for removal of nitrogen and phosphate and SVI. So, in this study I investigated to find a relationship among the generation rate of the VFAs according to the change of F/M ratio and the characteristic which can eliminate organic matter and nitrogen according to the change of residual concentration of the VFAs and the efficiency of the process and also SVI in wastewater treatment. $A^2/O$ process was used for wastewater treatment. F/M ratio was under the control of the change of MLSS concentration. When the F/M ratio was changed from 0.16 to 0.08 kg-BOD/kg-MLSS/day, the VFAs's production volume increased based on the reduction of F/M ratio in batch reaction. And the residual concentration of the VFAs decreased at first and then increased later. SVI and SS were high when F/M ratio was $0.16kg/kg{\cdot}d$ and showed stable status when F/M ratio decreased $0.11{\sim}0.13kg/kg{\cdot}d$. However, SVI and SS continuously increased with decrease of F/M ratio and were high at $0.08kg/kg{\cdot}d$. In the result of comparison between residual concentration of the VFAs and denitrification rate in anoxic tank, the less residual volume of the VFAs was in anoxic tank, the higher denitrification ratio became. The optimal residual-concentration of the VFAs considering SVI and removal efficiency of nitrogenwas $1.4{\sim}2.2mg/L$. At that time F/M ratio was $0.11{\sim}0.13$ kg-BOD/kg-MLSS/day.
The biological nutrient treatment is formed with repetition and rearrangement of anaerobic, anoxic and oxic tank. In this case, VFAs is generated in the anaerobic tank and the anoxic tank. The VFAs is an important factor for removal of nitrogen and phosphate and SVI. So, in this study I investigated to find a relationship among the generation rate of the VFAs according to the change of F/M ratio and the characteristic which can eliminate organic matter and nitrogen according to the change of residual concentration of the VFAs and the efficiency of the process and also SVI in wastewater treatment. $A^2/O$ process was used for wastewater treatment. F/M ratio was under the control of the change of MLSS concentration. When the F/M ratio was changed from 0.16 to 0.08 kg-BOD/kg-MLSS/day, the VFAs's production volume increased based on the reduction of F/M ratio in batch reaction. And the residual concentration of the VFAs decreased at first and then increased later. SVI and SS were high when F/M ratio was $0.16kg/kg{\cdot}d$ and showed stable status when F/M ratio decreased $0.11{\sim}0.13kg/kg{\cdot}d$. However, SVI and SS continuously increased with decrease of F/M ratio and were high at $0.08kg/kg{\cdot}d$. In the result of comparison between residual concentration of the VFAs and denitrification rate in anoxic tank, the less residual volume of the VFAs was in anoxic tank, the higher denitrification ratio became. The optimal residual-concentration of the VFAs considering SVI and removal efficiency of nitrogenwas $1.4{\sim}2.2mg/L$. At that time F/M ratio was $0.11{\sim}0.13$ kg-BOD/kg-MLSS/day.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 강화된 방류수 수질 기준을 만족시 키기 위한 고도처리시 F/M비 변화에 따른 유기산의 발생정 도와 잔류 농도 변화와 그에 따른 유기물과 질소의 제거 특 성과 처리효율 및 슬러지 침강성과의 관계를 모색하기 위해 유기산잔량 및 하수처리특성을 검토하였다.
제안 방법
F/M비에 따른 유기산의 잔류농도와 영향에 대하여 step 1 -step 5에 걸쳐 GC를 이용하여 대표적인 유기산인 Acetic acide, Propionic acid, Isobutyric acide, Butric acide등의 10 개의 유기산을 분석하였다.
F/M비의 변화를 조절하여 각각의 step에 대한 유기물과 질 소의 처리 효율을 실험하였고, 각각의 F/M비에 따라 혐기조, 무산소조, 호기조의 유기산 잔류량과 유출수의 SS농도 및 SVI를 측정하였다.
현재의 표준 활성슬러지 공정에서 A?/。공정을 도입할 때 향후 방류수 수질기준에 부합되는 유기물과 질소, 인의 농 도로 저감하기 위해 F/M비에 따라 각 계열별 제거율을 고려하여 가장 합리적인 운전조건을 모색하였다.
-N, NO", T-P 등을 측정하였다. 또한 식종 sludge는 J시 하수종말처리장의 반송슬러지를 일정 기간 순양 후 이용하였으며, 유출수는 매일 같은 배출시간에 채수하여 실험을 실시하였다.
batch 반응기의 용적은 A7O 반응기의 혐 기조의 체류시간을 고려하여 1시간을 기준으로 하였고 반응 조 용적은 2 L, 원활한 혼합을 위해 프로펠러 교반기를 사용하여 교반속도는 약 60 rpm의 속도로 운전하였다. 반응조 내의 MLSS농도를 2000 mg/L에서 500 mg/L씩 증가시켜 4500 mg/L까지 F/M비의 변화를 조절한 5개의 반응기에서 F/M비 별로 유기산의 생성량을 동시에 실험하였다.
본 연구에 사용된 반응기를 Fig. 1에 나타내었고 A2/O반응 기는 투명 아크릴을 사용하여 2개의 반응조가 제작되었고 2개의 반응조를 동일하게 생물 반응조 내부는 혐기-무산소-호 기조로 구성하였다. 용적비는 1:2: 3조건으로 조별 용적은 혐 기조 2 L, 무산소조 4 L, 호기조 6 L이고, 전체 유효 용적은 12 L이다.
유기산의 생성 실험은 batch 반응기에서 step 1 — step 5에 걸쳐 F/M비에 따라 실시되었다. 실제 A2/O 반응기에서는 질 산화된 폐수가 내부 반송되기 때문에 수중에 NQs-N 의 농도 가 높다.
현재 하수처리장의 HRT가 6 hr-8 hr로 운전되고 있기 때문에 적용 HRT를 6 hr로 맞추어 48 L/day로 유입유량을 조절하였고, 각계열별 1차침전을 거친 유입수를 실제 하수처 리장의 유입유량과 HRT를 고려하여 부피비에 따라 혼합하여사용하였다. 실제하수를 혼합하여 사용하였기 때문에 F/M비 의 변화를 유입수의 기질의 농도를 변화시켜 적용하는 것이 무리라고 판단되어 유입수질을 일정하게 유지하고 반응조내의 MLSS농도를 2000 mg/L에서 500 mg/L씩 4500 mg/L까지 증가시켜 긱.
호기조의 DO를 유지하기 위해 에어펌프를 사용하고, 연속적인 유입수 공급 및 내부, 외부반송을 위해 3개의 정량 펌프를 이용하였다. 혐기조, 무산소조, 호기조의 수리학적 체 류시간은 경험치인 1:2: 3의 비율로 하였고 내부반송 및 외 부반송비는 100%로 고정하여 운전하였다. 질산화를 위해 포 기조의 DO농도는 3.
대상 데이터
실험에 사용된 유입원수는 J시의 하수처리장 구조적인 유 입형태에 따라 가정하수와 공장폐수 1차 처리수가가 혼입되는 유입수를 이용하였는데, 유입수는 J하수처리장의 초침 후 월류수를 각각 또는 혼합하여 사용하였고 CODMn을 비롯하여 COD&, BODs, NH3-N, NO", T-P 등을 측정하였다. 또한 식종 sludge는 J시 하수종말처리장의 반송슬러지를 일정 기간 순양 후 이용하였으며, 유출수는 매일 같은 배출시간에 채수하여 실험을 실시하였다.
무산소조와 혐기조의 원활한 혼합을 위해 프로펠 러 교반기를 사용하여 교반속도는 약 60 rpm의 속도로 운전 하였다. 호기조의 DO를 유지하기 위해 에어펌프를 사용하고, 연속적인 유입수 공급 및 내부, 외부반송을 위해 3개의 정량 펌프를 이용하였다. 혐기조, 무산소조, 호기조의 수리학적 체 류시간은 경험치인 1:2: 3의 비율로 하였고 내부반송 및 외 부반송비는 100%로 고정하여 운전하였다.
성능/효과
1) F/M비에 감소에 따라 회분식 반응기에 의한 유기산의 생성량의 중가가 관찰되었다. 이는 MLSS의 농도가 증가함에 따라 유기물을 분해하여 유기산으로 변환하는 산 형성 미생 물의 생물량이 증가하여 유기물의 유기산으로의 전환율이 높 아지기 때문으로 판단된다.
2) F/M비에 따른 유기물 제거율은 모든 F/M비에서 유기 산의 발생량과 소비량에 관계없이 BODS] 제거율은 90% 이상을 나타내었다. 이는 유입원수의 유기물 농도가 낮았고, 온도가 20℃로 상온을 유지 하였으며, 유입원수에 비해 충 분한 생물량이 유지되었기 때문에 잔류유기물의 제거가 충분 하게 이루진 것으로 사료된다.
3) SVI와 SS는 F/M비가 0.16 kg-BOD/kg-MLSS . day인 실험 조건에서 대수 성장기의 미생물이 급속히 성장하는 단 계에 있기 때문에 응집에 필요한 polymer를 충분히 분비하지 않고, 분산성 미생물의 증가에 따라 SVI와 유출수의 SS농도 가 높게 나타났으며 F/M비가 0.
4) 유기산의 총 발생량과 무산소조에서의 유기산의 잔류 농도와의 차와 탈질율을 비교한 결과 F/M비가 0.08 kg-BOD/ kg-MLSS . day 조건에서 운전시 MLSS가 높아 미생물량이 풍부하여 유기산이 탈질에 쓰이지 못하고 기타 세균에 의해 분해되기 때문에 소비되는 유기산의 양이 많음에도 불구하고 탈질율이 좋지 못한 것으로 나타났으며, 0.
day 부근에서 높은 탈질율을 나타내었으며 F/M비가 더 감소하면 오히려 탈질율이 낮아졌다. F/M에 감 소에 따른 탈질율은 각각 39%, 64%, 68%, 68%, 58%로 나 타났으며, F/M비가 가장 높은 0.161 kg-BOD/kg-MLSS . day 일 때 탈질율이 낮게 나타났다.
08 kg-BOD/ kg-MLSS . day 조건에서 운전시 MLSS가 높아 미생물량이 풍부하여 유기산이 탈질에 쓰이지 못하고 기타 세균에 의해 분해되기 때문에 소비되는 유기산의 양이 많음에도 불구하고 탈질율이 좋지 못한 것으로 나타났으며, 0.1 ~0.16 kg-BOD/ kg-MLSS . day의 경우는 소비되는 유기산의 량이 많을수록 탈질 미생물이 탈질을 수행하는데 필요한 유기 탄소원으로 작용해 탈질율을 중가시키는데 중요한 역할을 하는 것으로 판단되었다.
16 kg-BOD/kg-MLSS . day인 실험 조건에서 대수 성장기의 미생물이 급속히 성장하는 단 계에 있기 때문에 응집에 필요한 polymer를 충분히 분비하지 않고, 분산성 미생물의 증가에 따라 SVI와 유출수의 SS농도 가 높게 나타났으며 F/M비가 0.09-0.13 kg-BOD/kg-MLSS . day 실험 조건에서는 SVI와 유출수의 SS가 양호하였는데 이때 유기산의 농도가 슬러지 침강성에 알맞은 유기산의 농 도로 판단되었고, F/M비가 0.
잔류 유기산의 농도와 유출 SS의 관계는 잔류 유기산의 양 이 많으면 SS의 농도가 높게 나타났고, 잔류 유기산의 양이 적으면 SS의 농도가 낮게 나타났다. 그러나 높은 F/M비 조 건에서 유기산의 잔류농도가 높음에도 불구하고 슬러지 침강 성의 지표인 SVI가 높게 나타나는 이유는 Tenny와 Stumm6) 의 이론과 같이 대수 성장기의 미생물은 급속히 성장하는 단 계에 있기 때문에 응집에 필요한 polymer를 충분히 분비하지 않기 때문인 것으로 판단되며, 낮은 F/M비에서 유출수의 SS 농도가 높은 것은 빈부하에 의한 핀 플럭의 발생에 의한 것으로 사료된다.
참고문헌 (10)
Lesperance, T. W., 'Ageneralized approach to. : Part II. Developing the process,' Water Works and Waste-engineering, 2(5), 52-55(1965)
McKinney, R. E., 'Microbiology for Sanitary Engineers,' MiGraw-Hill(1962)
Tenney, M. W. and Stumm, W., 'Chemical flocculation of microorganisms in biological waste treatment,' J. Water Pollut. Control Fed., 37, 1370 -1388(1965)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.