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문제 정의
- , 2003) 등에서 매우 괄목할 만한 연구 기술 진보를 이루었고 이와 같은 기술을 바탕으로 폐수처리 공정의 효율성 증대를 위하여 활성슬러지 공법에서 CGS의 대안으로 최신 DAF 기술의 적용 연구가 필요하다. 이에 본 연구는 DAF에 의한 활성슬러지 부상 있어서 DAF의 반송비 (recycle flow ratio)의 변화 대한 활성슬러지의 부상 효율의 변화를 조사하였으며 특히, CGS의 비교를 통해 DAF의 CGS의 대체 가능성을 조사하였고, DAF의 온도에 변화에 대한 활성슬러지의 부상특성에 대해 조사하였고 CGS와 DAF에 의한 활성슬러지의 농축정도에 대해 비교 조사하였다.
제안 방법
- CGS(conventional gravity sedimentation)와 DAF(dissolved air flotation)과의 효율 비교 실험을 실시하였다. 처리효율은 탁도와 MLSS 측정하여 알아보았다.
- 처리효율은 탁도와 MLSS 측정하여 알아보았다. 먼저 CGS는 교반기와 포기장치를 멈춘 상태로 부터 30sec 단위로 10min까지, DAF는 Saturator에서 수돗물을 채우고 가압장치로 공기를 용해시킨 포화수(milky water)를 처리수량의 10%를 분사하여 CGS와 동일하게 30sec 단위로 Fig. 1의 채취지점(sampling point)에서 분석시료를 채취하여 측정하였다.
- 2차 침전지 대신 DAF를 적용할 경우 장점 중 하나는 슬러지의 농축효과를 얻을 수 있다는 점이다. 본 연구는 Table 2의 활성 슬러지 조건에서 슬러지의 농축정도를 중력침전 (CGS)과 용존공기부상 (DAF)을 비교 실험하였다.
- 2절)에 의한 결과를 바탕으로 반송비 10%조건에서 반응기, 시료, saturator의 온도를 일정하게 유지시킨 상태로 부상실험을 실시하였다. 시료의 채취는 1min 단위로 10min까지 하여 분석 비교 하였다.
- 안정화를 위하여 2주 동안 실험실에서 수리학적 체류시간(HRT)을 24h로 하여 포기조에서 순양을 하였다. 실험의 평균화를 위하여 유입수와 유출수의 유기물 제거효율 변화, 미생물 침전성을 알아 보기위한 SVI, 미생물 농도 변화를 알아보기 위하여 위해서 MLSS를 측정하였으며, Fig. 2와 Fig. 3은 미생물의 안정화에 있어서 2주 동안의 변화를 나타낸 MLSS, SVI, 유입수∙유출수 COD변화의 결과를 보여주고 있으며, 그 결과를 Table 2에 요약하였다. 순양 후 5일이 경과 후부터 안정한 상태로 운전되었으며, 안정화된 상태에서 유기물 제거 효율은 약 99% 정도로 미생물의 활성도가 매우 양호한 조건에서 실험을 실시하였다.
- 안정화를 위하여 2주 동안 실험실에서 수리학적 체류시간(HRT)을 24h로 하여 포기조에서 순양을 하였다. 실험의 평균화를 위하여 유입수와 유출수의 유기물 제거효율 변화, 미생물 침전성을 알아 보기위한 SVI, 미생물 농도 변화를 알아보기 위하여 위해서 MLSS를 측정하였으며, Fig.
- 우리나라는 겨울과 여름의 온도차이가 매우 크기 때문에 활성 슬러지의 부상에 있어서 온도 변화에 대한 부상효율 변화에 대한 실험을 실시하였다. 최적 반송비(3.
- CGS(conventional gravity sedimentation)와 DAF(dissolved air flotation)과의 효율 비교 실험을 실시하였다. 처리효율은 탁도와 MLSS 측정하여 알아보았다. 먼저 CGS는 교반기와 포기장치를 멈춘 상태로 부터 30sec 단위로 10min까지, DAF는 Saturator에서 수돗물을 채우고 가압장치로 공기를 용해시킨 포화수(milky water)를 처리수량의 10%를 분사하여 CGS와 동일하게 30sec 단위로 Fig.
- 우리나라는 겨울과 여름의 온도차이가 매우 크기 때문에 활성 슬러지의 부상에 있어서 온도 변화에 대한 부상효율 변화에 대한 실험을 실시하였다. 최적 반송비(3.2절)에 의한 결과를 바탕으로 반송비 10%조건에서 반응기, 시료, saturator의 온도를 일정하게 유지시킨 상태로 부상실험을 실시하였다. 시료의 채취는 1min 단위로 10min까지 하여 분석 비교 하였다.
대상 데이터
- 본 실험은 전라북도 N-하수처리장 포기조 내 미생물을 채취하여 실험실에서 Table 1과 같이 합성용액(solution) 4가지를 이용한 합성폐수(synthetic wastewater)를 제조하여 미생물을 순양시킨 후 실험을 실시하였다. 이는 본 실험과 같이 미생물의 처리특성이나 미세한 변화를 파악하기 위해서는 균질의 유입수가 필수적으로 요구되기 때문이다(Bennoit, et al.
이론/모형
- Table 2에서와 같은 평균조건에서 본 실험을 수행하였으며, 유기물의 제거효율은 CODMn법을 이용하여 분석하였고, 탁도는 탁도계(Lqmotte, Model 2008)를 이용하여 분석하였으며, 미세기포의 입경 및 분포는 입도 분석계(Laser Trac, PC2004D, USA)를 이용하여 측정하였고 기타 COD, MLSS, SVI의 측정은 standard method에 준하여 실험을 실시하였다.
성능/효과
- 5은 반송비에 따른 부상효율 및 탁도의 제거효율에 대한 실험결과를 보여 나타내고 있으며, Fig. 5(a)에서 반송비는 10%이상에서는 부상효율이 99%로서 큰 변화가 없으며, 활성 슬러지 부상에 있어서 최적 반송비는 10% 임을 알 수 있었다. Fig.
- Fig. 6(a)에서 보는 바와 같이, 5°C일 경우 부상효율은 급격히 저하되며, 부상 초기 3min 이내에서 온도가 15°C, 25°C, 35°C로 온도가 상승할 경우 부상효율이 상승하였으나 온도 45°C로 상승하면서 다시 부상효율이 감소함을 알 수 있었다. 그러나 온도가 5°C를 제외한 나머지 온도조건에서 4min 이상에서는 부상효율은 거의 차이가 없었다.
- 6(b)와 같이 온도가 5°C의 경우가 제거효율이 낮은 것은 Fig. 6(a)의 결과와 일치하지만 MLSS의 부상변화 추세와 탁도의 제거 변화추세가 일치하는 않는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 현상은 5°C에서는 완전 부상이 일어나지 않고 슬러지 층이 부상하는 층과 침전하는 층이 반으로 나눠지는 것을 볼 수 있었던 점으로 미루어 DAF에 의해 활성 슬러지가 부상되지 않아 탁도가 제거되지 않았기 때문이 아니라 부상 후 다시 플록의 침강에 의해서 침강된 거대 플록에 의한 탁도 측정에 영향을 끼쳤기 때문이다.
- 2차 침전조의 슬러지 처리에 있어서 DAF공정을 도입할 경우 CGS공법에 비해 본 실험의 조건에서 슬러지의 처리율이 95% 이상 도달하는 시간이 2min 정도로 보편적으로 운전하는 CGS공정보다 소요시간 30분에 비해 효과적임을 알 수 있었으며, 그 때의 DAF 최적 반송비는 10%정도가 유효함을 알 수 있었다. 또한 슬러지의 농축에 있어서도 역시 CGS공정에 비해 3배 이상의 슬러지 농축 농도를 보임으로서 CGS공정에 비해 유리함을 알 수 있었다.
- 이와 같은 현상은 5°C에서는 완전 부상이 일어나지 않고 슬러지 층이 부상하는 층과 침전하는 층이 반으로 나눠지는 것을 볼 수 있었던 점으로 미루어 DAF에 의해 활성 슬러지가 부상되지 않아 탁도가 제거되지 않았기 때문이 아니라 부상 후 다시 플록의 침강에 의해서 침강된 거대 플록에 의한 탁도 측정에 영향을 끼쳤기 때문이다. 5°C 이하의 저온에 대해서만 DAF에 의한 슬러지 부상에 영향을 받음을 알 수 있었다.
- 2차 침전조의 슬러지 처리에 있어서 DAF공정을 도입할 경우 CGS공법에 비해 본 실험의 조건에서 슬러지의 처리율이 95% 이상 도달하는 시간이 2min 정도로 보편적으로 운전하는 CGS공정보다 소요시간 30분에 비해 효과적임을 알 수 있었으며, 그 때의 DAF 최적 반송비는 10%정도가 유효함을 알 수 있었다. 또한 슬러지의 농축에 있어서도 역시 CGS공정에 비해 3배 이상의 슬러지 농축 농도를 보임으로서 CGS공정에 비해 유리함을 알 수 있었다. 한편, 공기/고형물의 비, 고형물 부하율, 고형물응집제의 첨가 여부 및 불안정한 슬러지의 상태 등의 조건에서 향후 세밀한 연구가 요구된다.
- 3은 미생물의 안정화에 있어서 2주 동안의 변화를 나타낸 MLSS, SVI, 유입수∙유출수 COD변화의 결과를 보여주고 있으며, 그 결과를 Table 2에 요약하였다. 순양 후 5일이 경과 후부터 안정한 상태로 운전되었으며, 안정화된 상태에서 유기물 제거 효율은 약 99% 정도로 미생물의 활성도가 매우 양호한 조건에서 실험을 실시하였다.
- 실험결과, Fig. 7는 DAF에 의해 농축된 슬러지의 사진을 나타내고 있으며, 농축실험 결과는 Fig. 8에서와 같이, 중력침전(CGS)에 의해서 포기조의 농축 슬러지 고형물 농도는 약 1.2%(함수율 98.8%)인 반면 DAF에 의한 슬러지 농축 결과에 있어서 농축슬러지 고형물농도는 반송비가 5%일 경우 3.3%(함수율 96.7%), 반송비가 10%, 15%, 및 20%는 모두 3.5%(함수율 96.5%)의 결과를 보였으며, 반송비가 10% 이상에서는 인해 중력침전(CGS)에 비해 용존공기부상(DAF)에 의한 슬러지 농축정도가 약 3배 정도 높음을 알 수 있었다. 그러나 부상에 의한 슬러지의 농축농도는 EPA에서는 3.
- 8%의 처리효율을 보이는 반면, CGS는 5분이 경과 후 90% 정도의 제거율을 나타내고 있다. 이것은 DAF 공정이 CGS 공정에 비해 침전이 잘 되지 않는 미세한 미생물플록을 보다 유효하게 제거함을 보여주는 결과라 판단된다.
후속연구
- , 2006). 그러나 최근 DAF 기술은 미세기포의 형성(Lee, et al., 2002) 및 미세기포 분사 장치(Dong-Heui, et al., 2003) 등에서 매우 괄목할 만한 연구 기술 진보를 이루었고 이와 같은 기술을 바탕으로 폐수처리 공정의 효율성 증대를 위하여 활성슬러지 공법에서 CGS의 대안으로 최신 DAF 기술의 적용 연구가 필요하다. 이에 본 연구는 DAF에 의한 활성슬러지 부상 있어서 DAF의 반송비 (recycle flow ratio)의 변화 대한 활성슬러지의 부상 효율의 변화를 조사하였으며 특히, CGS의 비교를 통해 DAF의 CGS의 대체 가능성을 조사하였고, DAF의 온도에 변화에 대한 활성슬러지의 부상특성에 대해 조사하였고 CGS와 DAF에 의한 활성슬러지의 농축정도에 대해 비교 조사하였다.
- 5~5% 정도이며, 이 결과는 공기/고형물의 비, 슬러지의 특성, 고형물 부하율, 고형물응집제의 첨가 여부 등의 영향을 받는다고 보고되었다(USA EPA, 1979). 그러므로, 향후 이 부분에 대한 세밀한 연구가 필요할 것이다.
- 또한 슬러지의 농축에 있어서도 역시 CGS공정에 비해 3배 이상의 슬러지 농축 농도를 보임으로서 CGS공정에 비해 유리함을 알 수 있었다. 한편, 공기/고형물의 비, 고형물 부하율, 고형물응집제의 첨가 여부 및 불안정한 슬러지의 상태 등의 조건에서 향후 세밀한 연구가 요구된다.
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